Plastične mikroperlice, sitne čestice prisutne u proizvodima za osobnu njegu tijekom 1990-ih i 2000-ih, uzrokovale su značajnu štetu okolišu. Ove sitne čestice, manje od sjemenke sezama, prolazile su kroz postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda, nakupljajući se u oceanima i rijekama te predstavljale prijetnju morskom ekosustavu.

Srećom, sapuni i pilingi s plastičnim mikroperlicama više nisu dostupni na tržištu. Posljednjih godina mnoge su zemlje prepoznale mikroperlice kao izvor zagađenja mora i zabranile njihovu upotrebu u proizvodima za osobnu njegu. Ove zabrane otvorile su prostor za ekološki prihvatljivije alternative, omogućujući potrošačima uživanje u dubinskom čišćenju bez štetnog utjecaja na okoliš.

Umjesto sintetičkih plastika, istraživanja pokazuju da se unutar biološkog otpada kriju brojne mogućnosti. Jedan od takvih resursa je ostatak pivskog zrna (BSG), nusprodukt proizvodnje piva. Jeftin i obilan, BSG se koristi kao stočna hrana, u proizvodnji bioplina, komposta i gnojiva.

Nedavno, BSG je počeo nalaziti primjenu i kao sastojak bogat proteinima i vlaknima u krekerima, kruhu i kolačićima. Naša istraživanja otkrila su da je BSG pogodan za upotrebu u proizvodima za osobnu njegu u obliku održivih mikroperlica za piling.

Kemijska svojstva celuloze
Celuloza, glavna molekula u staničnim stijenkama biljaka, ključna je komponenta pivskog zrna. Već više od stoljeća znanstvenici pripremaju velike količine materijala na bazi celuloze transformirajući drveće kroz relativno jednostavan kemijski proces. Drveće se siječe, guli, sjecka, pulpa i izbjeljuje, a preostala celuloza oblikuje se u željeni konačni oblik.

Celulozna vlakna se ne otapaju u većini otapala, što je srećom, jer bi inače pamučne majice bile oprane u kiši, a maramice natopljene acetonom bi se otopile umjesto uklonile lak za nokte.

U industriji obrade celuloze, malo je kemikalija dostupno za prevladavanje otpornosti celuloze. Većina opcija poznata je po svojoj nestabilnosti, visokoj toksičnosti, visokoj cijeni ili lošoj mogućnosti recikliranja.

Međutim, natrijev hidroksid otopljen u vodi u različitim koncentracijama pruža održiviju opciju. Osim toga, uz natrijev hidroksid, celuloza se može pretvoriti natrag u čvrsto stanje jednostavnom reakcijom neutralizacije.

Ovaj alkalijski proces može proizvesti čiste celulozne mikroperlice, koje su prvi put pripremljene prije otprilike deset godina. Celulozna pulpa se otapa u vodenom natrijevom hidroksidu, a zatim se neutralizira, kap po kap, u kiseloj kupki. Kada se kisela kupka isušuje, ostaju sferične celulozne mikroperlice.

Usavršavanje procesa
Naša istraživanja razmatrala su mogućnost stvaranja mikroperlica iz obilne količine biološkog otpada bogatog celulozom iz agri-prehrambene industrije. Uz BSG kao naš celulozni materijal i ciljanom proizvodnjom mikroperlica za piling, započeli smo eksperimentiranje u laboratoriju.

BSG je predstavljao izazov zbog složenosti svog sastava. Osim celuloze, BSG sadrži hemicelulozu, lignin, proteine, lipide i male količine pepela, sve pažljivo isprepleteno kako bi se stvorile različite stanične strukture biljaka.

Kako bismo prevladali ovu prepreku, razrijeđena kiselinska hidroliza omekšava celulozu i druge vlakna (hemiceluloza i lignin) iz BSG-a. Grubo filtriranje ispire jednostavne šećere i proteine, ostavljajući iza sebe pulpu obogaćenu celulozom i ligninom.

Sljedeći koraci uključuju usavršavanje otopine natrijevog hidroksida. Samo pri specifičnim temperaturama i koncentracijama, otopine natrijevog hidroksida su jače od veza koje drže celulozna vlakna zajedno; to vrijedi i za složeniju BSG-pulpu.

Naši eksperimenti otkrili su uski procesni prozor u kojem se BSG pulpa potpuno otapa, uz pomoć malih količina cinkovog oksida. Zatim, unošenjem tih BSG-otopina, kap po kap, u kiselu kupku istovremeno postižemo ciljeve oblikovanja i stvrdnjavanja.

Nakon nekoliko sati, kisela kupka se isušuje, a glatke, sferične mikroperlice na bazi BSG-a ostaju.

Na kraju, testiranja čvrstoće i stabilnosti pokazala su da perlice BSG-a imaju potrebnu snagu da izdrže u usporedbi s konvencionalnim plastičnim mikroperlicama. Kada su ugrađene u sapune, mikroperlice na bazi BSG-a pokazale su bolje performanse od drugih alternativa plastičnim mikroperlicama koje su trenutno dostupne, poput mljevenih ljuski kokosa i koštica marelice.

Kreativna rješenja
Transformacija pivskog otpada u mikroperlice za piling predstavlja još jedan korak prema održivijoj budućnosti. Iskorištavanjem svojstava celuloze i lignina prisutnih u BSG-u, ova inovacija demonstrira potencijal otpadnih materijala da doprinesu održivim rješenjima.

Ovaj uspjeh naglašava važnost istraživanja i inovacija u prijelazu na ekološki prihvatljivije prakse. Konačno, potiče istraživanje drugih sličnih mogućnosti za smanjenje našeg ekološkog otiska.

Ako je moguće transformirati pivski otpad u vrijedan sastojak proizvoda za osobnu njegu, samo zamislite koje se još mogućnosti mogu pronaći u otpadu.

Original:
Amy McMackin
Doktorski istraživač, Održiva prerada hrane, Švicarski savezni institut za tehnologiju u Zürichu
Sébastien Cardinal
Professeur en chimie organque, Université du Québec à Rimouski (UQAR)