В современном мире вопрос экологической безопасности и устойчивого развития становится все более актуальным. Особенно это касается проблемы пластиковых отходов, которые загрязняют окружающую среду, накапливаются в океанах и наносят вред живым организмам и человеку. Большинство пластиковых изделий изготавливаются из нефти, являются одноразовыми и разлагаются в природе сотни лет. В связи с этим ученые и инженеры активно ищут альтернативные материалы для замены традиционного пластика. Одним из самых перспективных и экологичных направлений стала целлюлоза, извлеченная из виноградных лоз.
Совсем недавно группа исследователей из Южно-Дакотского университета сделала прорыв в создании нового биоразлагаемого материала, который по своим характеристикам превосходит классический пластик и при этом разлагается в почве всего за 17 дней. Исследование открывает широкий спектр возможностей для пищевой упаковки и других областей применения. Целлюлоза - это природный биополимер, который является основным компонентом клеточных стенок растений. Она обеспечивает растениям прочность и устойчивость благодаря цепочкам глюкозных молекул, связанных водородными связями. Виноградные лозы известны высоким содержанием целлюлозы, особенно в своих древесных частях - лозах, которые ежегодно обрезаются в виноградниках.
Обычно эти лозы остаются без особого применения, зачастую компостируются или сжигаются, что не приносит никакой дополнительной пользы. Ученые под руководством профессора Сриневаса Джанасвами из Южно-Дакотского университета совместно с профессором Энн Феннел исследовали возможность извлечения целлюлозы из виноградных лоз и превращения её в пластикоподобные пленки. Результатом стал материал с высокой прозрачностью, механической прочностью, превосходящей обычные пластиковые пакеты, и уникальной способностью разлагаться в естественной среде всего за 17 дней без вредных остатков. Такой уровень биоразложения особенно важен с точки зрения предотвращения загрязнения микропластиком - мельчайшими частицами, которые образуются при распаде традиционного пластика и вызывают серьезный вред экологии и здоровью человека. В составе пленок из виноградной целлюлозы нет токсичных компонентов, что делает их безопасными и экологически устойчивыми для использования в пищевой промышленности, в частности для упаковки продуктов.
Высокая прозрачность материала позволяет улучшить визуальное восприятие упаковки, что играет важную роль для производителей и потребителей, обеспечивая возможность легко проверить состояние продукта без необходимости вскрытия упаковки. Производство подобных материалов также поддерживает развитие циркулярной экономики, поскольку использует возобновляемые ресурсы и способствует эффективному управлению сельскохозяйственными отходами. Виноградные лозы выступают не только сырьем, но и примером экологически рационального ведения хозяйства: регулярная обрезка лоз не вредит почве и растению, что подтверждено исследованиями. Благодаря низкому содержанию влаги в обрезках, процесс извлечения целлюлозы упрощается и требует меньше энергии по сравнению с другими биомассами. Технологический процесс включает несколько этапов: сушку и измельчение лоз, извлечение целлюлозы с помощью химической обработки и формирование пленок посредством растворения и литья на гладкие поверхности.
Каждая партия материала проходит тщательное тестирование для оценки прочности, прозрачности и скорости разложения в различных условиях. Разработка также демонстрирует пример междисциплинарного сотрудничества учёных разных областей - от агрономии до материаловедения - что способствует созданию инновационных решений для глобальных экологических проблем. Поддержка национальных и международных фондов, таких как Министерство сельского хозяйства США и Национальный научный фонд, позволила ускорить исследования и провести широкомасштабные эксперименты. В целом, целлюлоза из виноградных лоз - это перспективный материал нового поколения, обладающий всеми необходимыми качествами для замены пластиковых изделий, что поможет снизить загрязнение окружающей среды и минимизировать вред здоровью человека. Перспективы дальнейшего развития включают масштабирование производства, оптимизацию производственных процессов и исследование новых форм и способов применения биоразлагаемых пленок в разных сферах.
Кроме упаковки, такой материал потенциально может использоваться в сельском хозяйстве, медицине, электронике и других отраслях. В итоге работа с целлюлозой виноградных лоз - это важный шаг на пути к устойчивому и экологически ответственного развитию, открывающий новые горизонты для защиты природы и улучшения качества жизни. .
