Mikrogranulki plastikowe, drobne cząsteczki obecne w produktach do pielęgnacji osobistej w latach 90. i 2000., spowodowały znaczące szkody w środowisku. Te drobne cząsteczki, mniejsze niż nasionko sezamu, przechodziły przez oczyszczalnie ścieków, gromadząc się w oceanach i rzekach, stanowiąc zagrożenie dla ekosystemu morskiego.
Na szczęście mydła i peelingi z mikrogranulkami plastikowymi nie są już dostępne na rynku. W ostatnich latach wiele krajów uznało mikrogranulki za źródło zanieczyszczenia mórz i zakazało ich stosowania w produktach do pielęgnacji osobistej. Zakazy te otworzyły drogę dla bardziej przyjaznych dla środowiska alternatyw, pozwalając konsumentom cieszyć się dogłębnym oczyszczaniem bez szkodliwego wpływu na środowisko.
Zamiast syntetycznych plastików, badania pokazują, że odpady biologiczne kryją wiele możliwości. Jednym z takich zasobów jest młóto browarniane (BSG), produkt uboczny produkcji piwa. Tanie i obfite, BSG jest wykorzystywane jako pasza dla zwierząt, w produkcji biogazu, kompostu i nawozów.
Ostatnio BSG zaczęło znajdować zastosowanie jako składnik bogaty w białko i błonnik w krakersach, chlebie i ciastkach. Nasze badania wykazały, że BSG nadaje się do stosowania w produktach do pielęgnacji osobistej w postaci zrównoważonych mikrogranulek peelingujących.
Właściwości chemiczne celulozy
Celuloza, główna cząsteczka w ścianach komórkowych roślin, jest kluczowym składnikiem młóta browarnianego. Od ponad wieku naukowcy przygotowują duże ilości materiałów na bazie celulozy, przekształcając drzewa w stosunkowo prostym procesie chemicznym. Drzewa są ścinane, obierane, siekane, przekształcane w masę papierniczą i bielone, a pozostała celuloza jest formowana w pożądany kształt końcowy.
Włókna celulozowe nie rozpuszczają się w większości rozpuszczalników, co jest szczęśliwe, ponieważ w przeciwnym razie bawełniane koszulki byłyby zmywane przez deszcz, a chusteczki nasączone acetonem rozpuszczałyby się zamiast usuwać lakier do paznokci.
W przemyśle przetwórstwa celulozy jest niewiele chemikaliów dostępnych do przezwyciężenia odporności celulozy. Większość opcji jest znana z niestabilności, wysokiej toksyczności, wysokiej ceny lub słabej możliwości recyklingu.
Jednakże wodorotlenek sodu rozpuszczony w wodzie w różnych stężeniach oferuje bardziej zrównoważoną opcję. Ponadto, przy użyciu wodorotlenku sodu, celuloza może być przekształcona z powrotem w stan stały przez prostą reakcję neutralizacji.
Ten proces alkaliczny może produkować czyste mikrogranulki celulozowe, które po raz pierwszy zostały przygotowane około dziesięć lat temu. Masa celulozowa jest rozpuszczana w wodnym wodorotlenku sodu, a następnie neutralizowana, kropla po kropli, w kwaśnej kąpieli. Po osuszeniu kwaśnej kąpieli, pozostają kuliste mikrogranulki celulozowe.
Udoskonalanie procesu
Nasze badania rozważały możliwość tworzenia mikrogranulek z obfitych ilości odpadów biologicznych bogatych w celulozę z przemysłu rolno-spożywczego. Z BSG jako naszym materiałem celulozowym i z celem produkcji mikrogranulek peelingujących, zaczęliśmy eksperymentować w laboratorium.
BSG stanowiło wyzwanie ze względu na złożoność swojego składu. Oprócz celulozy, BSG zawiera hemicelulozę, ligninę, białka, lipidy i niewielkie ilości popiołu, wszystkie starannie splecione, aby tworzyć różne struktury komórkowe roślin.
Aby przezwyciężyć tę przeszkodę, rozcieńczona hydroliza kwasowa zmiękcza celulozę i inne włókna (hemiceluloza i lignina) z BSG. Grube filtrowanie spłukuje proste cukry i białka, pozostawiając pulpę wzbogaconą w celulozę i ligninę.
Kolejne kroki obejmują udoskonalenie roztworu wodorotlenku sodu. Tylko w określonych temperaturach i stężeniach, roztwory wodorotlenku sodu są silniejsze niż wiązania trzymające włókna celulozowe razem; dotyczy to również bardziej złożonej pulpy BSG.
Nasze eksperymenty wykazały wąskie okno procesowe, w którym pulpa BSG całkowicie się rozpuszcza, z pomocą niewielkich ilości tlenku cynku. Następnie, wprowadzając te roztwory BSG, kropla po kropli, do kwaśnej kąpieli, jednocześnie osiągamy cele formowania i utwardzania.
Po kilku godzinach kwaśna kąpiel jest osuszana, a gładkie, kuliste mikrogranulki na bazie BSG pozostają.
Na koniec, testy wytrzymałości i stabilności wykazały, że granulki BSG mają wymaganą wytrzymałość, aby wytrzymać w porównaniu z konwencjonalnymi mikrogranulkami plastikowymi. Kiedy zostały wprowadzone do mydeł, mikrogranulki na bazie BSG wykazały lepsze osiągi niż inne dostępne obecnie alternatywy dla mikrogranulek plastikowych, takie jak mielone skorupy kokosa i pestki moreli.
Kreatywne rozwiązania
Przekształcenie odpadów piwowarskich w mikrogranulki peelingujące jest kolejnym krokiem w kierunku bardziej zrównoważonej przyszłości. Wykorzystując właściwości celulozy i ligniny obecnych w BSG, ta innowacja demonstruje potencjał materiałów odpadowych do przyczyniania się do zrównoważonych rozwiązań.
Ten sukces podkreśla znaczenie badań i innowacji w przejściu do bardziej przyjaznych dla środowiska praktyk. Ostatecznie zachęca do badania innych podobnych możliwości w celu zmniejszenia naszego ekologicznego śladu.
Jeśli możliwe jest przekształcenie odpadów piwowarskich w cenny składnik produktów do pielęgnacji osobistej, wyobraź sobie tylko, jakie inne możliwości mogą być znalezione w odpadach.
Oryginał:
Amy McMackin
Doktorantka, Zrównoważone Przetwórstwo Żywności, Szwajcarski Federalny Instytut Technologii w Zurychu
Sébastien Cardinal
Profesor Chemii Organicznej, Uniwersytet Quebecu w Rimouski (UQAR)
Czas utworzenia: 16 lipca, 2024