Технології
Екологія
Технології
Екологія

Трубочки з бактеріальної целюлози перевершили за якістю паперові

Китайські вчені запропонували спосіб виготовлення трубочок для напоїв із бактеріальної целюлози та альгінату натрію. Такі трубочки є міцними, витривалими, зручними у використанні й дешевими, а головне — не забруднюють довкілля та навіть є їстівними. Результати дослідження, опублікованого в журналі Advanced Functional Materials, свідчать, що трубочки з бактеріальної целюлози перевершують за своїми характеристиками поширені на ринку паперові трубочки.

iStock

iStock

Навіщо нам нові трубочки для напоїв?

Із понад 300 мільйонів тонн пластику, який щороку виробляється у світі, більшість представлено одноразовими речами. Серед них значну частку складають трубочки для напоїв. Те, що вони використовуються усього кілька хвилин, але потім розкладаються у довкіллі століттями, завдаючи значну шкоду живим організмам, багатьох свідомих людей змусило шукати дружні до довкілля альтернативи зручному та вже звичному виробу. Серед найбільш доступних на ринку є паперові трубочки та металеві, але вони мають свої недоліки, які ускладнюють відмову від пластику. Так, вироблені з паперу хоча й швидко розкладаються, але ще швидше розмокають та перестають тримати форму. Натомість металеві форму тримають чудово й безпечні для природи, але їх важко очищувати, а крім цього є ризик пошкодити ними зуби. Є ще кілька інших варіантів, як-от трубочки на рослинній основі, але їхня вартість не сприяє їх поширенню. Тож науковці з Китайського університету науки й технологій зайнялися пошуками нових безпечних та дешевих альтернатив пластиковим трубочкам.

Куди призвели вчених пошуки?

Науковцям здалася привабливою ідея виготовляти трубочки із целюлози. Це полісахарид, природна сполука, яка складає основу стінок рослинних клітин. Але добувати її можна й іншим способом — за допомогою бактерій, які самостійно виготовляють целюлозу для власних цілей, наприклад, формування матриксу біоплівок. Така целюлоза їстівна, утримує значну кількість води і має хороші механічні властивості.

Вчені пропонують використовувати для матеріалу для трубочок бактерій Gluconacetobacter xylinus, які є типовим модельним організмом при вивченні вироблення бактеріями целюлози. Їх можна вирощувати у поживному середовищі, збагаченому глюкозою, яка виконуватиме роль джерела вуглецю для біосинтезу целюлози. Утворена бактеріями целюлоза в поживному середовищі є драглистою, тож її слід висушити у тонкі аркуші, із яких можна скрутити трубочки. А щоб при їх використанні целюлоза не всотувала знову воду та не набухала, листи целюлози пропонують покривати шаром альгінату натрію, що є їстівною желатиноподібною речовиною, отриманою з бурих водоростей. Вона може проникати в нанопори бактеріальної целюлози, перешкоджаючи проникненню в них води, а крім цього є природним варіантом клею, що скріпить лист целюлози в трубочку. Зрештою, готову трубочку слід занурити у розчин лактату кальцію, щоб вдосконалити механічні властивості виробу, а після цього промити й висушити готовий продукт. Автори зазначають, що у такий насправді простий спосіб можна виготовляти кілька трубочок за раз.

Наскільки ідея виявилася вдалою?

Тестування целюлозних трубочок показало, що хоч вони й подібні на паперові за виглядом, але набагато сильніші. Коли трубочки двох видів багаторазово занурювали у воду, то целюлозно-альгінатні витримували більше циклів, надовше зберігаючи свою цілісність, хоч паперові трубочки й були покриті гідрофобним шаром. Як показали випробування, трубочки можна використовувати для різних напоїв температурою від 0 до 95 градусів Цельсія, як-от коли, мінеральної води, соку чи зеленого чаю.

Порівняння міцності паперових, пластикових та целюлозних трубочок. Huai-Bin Yang et al. / Advanced Functional Materials, 2021

Порівняння міцності паперових, пластикових та целюлозних трубочок. Huai-Bin Yang et al. / Advanced Functional Materials, 2021

Оскільки матеріали, із яких виготовлені целюлозні трубочки, є природними й безпечними, а до того ж уже давно використовуються в харчовій промисловості, то вчені стверджують, що їхні вироби можна їсти. Смак можна змінювати, додаючи до бактеріальної целюлози екстракти фруктів або овочів, а також надавати трубочкам різних кольорів харчовими барвниками.

Але що головне, целюлозно-альгінатні трубочки не зашкодять довкіллю, навіть якщо їх просто викинути. Досліди показали, що при потраплянні в ґрунт вони за 15 днів розпадаються на великі фрагменти, за 45 днів — стають майже непомітними, а після 60 дня повністю розчиняються у середовищі.

а) Забарвлені трубочки на основі бактеріальної целюлози. b) Утворення бульбашок при зануренні трубочок у газований напій. с) Порівняння доцільності виготовлення різних типів трубочок. d) Розкладання пластикової та целюлозної трубочки. Huai-Bin Yang et al. / Advanced Functional Materials, 2021

а) Забарвлені трубочки на основі бактеріальної целюлози. b) Утворення бульбашок при зануренні трубочок у газований напій. с) Порівняння доцільності виготовлення різних типів трубочок. d) Розкладання пластикової та целюлозної трубочки. Huai-Bin Yang et al. / Advanced Functional Materials, 2021

Дослідники також порахували економічну доцільність виготовлення трубочок за запропонованою ними технологією. Беручи до уваги вартість матеріалів та витрат на обладнання, лабораторію тощо ціна однієї трубочки з бактеріальної целюлози виходить в межах 0,3 цента. Для порівняння, пластикова трубочка коштує 0,2 цента, а паперова — 4 центи, що обумовлено гідрофобним восковим покриттям та збільшеною товщиною для забезпечення кращої міцності. Тож вчені підсумовують, що за всіма дослідженими параметрами трубочки із бактеріальної целюлози перевершують наявні поширені аналоги.