Naukowcy na jesiennej konferencji American Chemical Society w 2023 r. przedstawili przyjazny dla środowiska bioplastik wytwarzany z muchówek żołnierskich. Karen Wooley i jej zespół wydobywają chitynę z czarnych muchówek żołnierskich i zamieniają ją w wartościowe bioplastiki znane jako chitozan. Ten biodegradowalny plastik może wchłonąć dużo wody i może być stosowany w przypadku powodzi i suszy. Proces ten jest zgodny z gospodarką o obiegu zamkniętym, wykorzystującą owady do rozkładania plastiku i tworzenia z niego nowych materiałów.
Wyobraź sobie wykorzystanie mocy owadów do ekstrakcji chemikaliów, które mogą być użyte do tworzenia przyjaznych dla środowiska tworzyw sztucznych, które następnie mogą być łatwo rozkładane przez te same owady. Ta idea jest w rzeczywistości bardziej prawdopodobna, niż może się początkowo wydawać. Naukowcy omawiali postępy w ekstrakcji i rafinacji chemikaliów z owadów i przekształcaniu ich w użyteczne bioplastiki.
Naukowcy zaprezentowali swoje innowacyjne odkrycia podczas jesiennej konferencji Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego (ACS) w 2023 roku. Dr Karen Wooley , główna badaczka projektu, powiedziała: „Od 20 lat moja grupa opracowuje metody przekształcania produktów naturalnych – takich jak glukoza pozyskiwana z trzciny cukrowej lub drzew – w degradowalne, przyswajalne polimery, które nie utrzymują się w środowisku. Jednak te produkty naturalne są pozyskiwane z zasobów, które są również wykorzystywane do produkcji żywności, paliwa, w budownictwie i transporcie”.
Karen Wooley szukała innych źródeł, które nie miałyby tych konkurencyjnych zastosowań. Jej kolega, dr Jeffery Tomberlin , zaproponował innowacyjny sposób wykorzystania odpadów poprzez wykorzystanie tych pochodzących z hodowli muchówek żołnierskich . Ta rozwijająca się branża, do której rozwoju aktywnie się przyczynił, ma ogromny potencjał.
Tego lata zespół rozpocznie projekt mający na celu rozkład chityny na glukozaminy, które są jej poszczególnymi składnikami. Te małe cząsteczki cukru są wykorzystywane do tworzenia bioplastików, takich jak poliwęglany i poliuretany , które zazwyczaj wytwarza się z produktów petrochemicznych.
Muchy czarnego żołnierza są nie tylko bogate w pożyteczne związki, takie jak białka, DNA, kwasy tłuszczowe, lipidy i witaminy, ale grupa zamierza je również wykorzystać jako cenne materiały wyjściowe. Te chemiczne elementy budulcowe służą do tworzenia produktów, które ulegają rozkładowi po wyrzuceniu , unikając w ten sposób jakiegokolwiek przyczyniania się do istniejącego problemu zanieczyszczenia plastikiem.
Zobacz także : Jak przetwarzać plastik w użyteczne mydło
Wizja profesor Wooley wpisuje ten proces w koncepcję zrównoważonej gospodarki o obiegu zamkniętym. Powiedziała: „Docelowo chcielibyśmy, aby owady zjadały odpady plastikowe jako źródło pożywienia, a następnie zbieralibyśmy je ponownie i zbierali ich komponenty, aby wytwarzać nowe tworzywa sztuczne. W ten sposób owady nie tylko byłyby źródłem, ale także konsumowałyby wyrzucane tworzywa sztuczne”.
Niedojrzałe owady, których larwy wypełnione są różnymi białkami i innymi bogatymi w składniki odżywcze związkami, są obecnie szeroko uprawiane, aby służyć jako pasza dla zwierząt i skutecznie zarządzać utylizacją odpadów. Z drugiej strony, gdy ich dni rozrodcze się kończą, dorosłe osobniki mają stosunkowo krótki okres życia i są następnie odrzucane. Ale dorosłe muchy żołnierskie są wykorzystywane do produkcji bioplastiku.
Zespół profesora Wooleya wykorzystał szczątki dorosłego osobnika zasugerowane przez Jeffery'ego Tomberlina do rozpoczęcia swojego projektu. Cassidy Tibbetts , studentka studiów podyplomowych pracująca nad projektem w laboratorium Wooleya na Uniwersytecie Teksańskim A&M, powiedziała: „Bierzemy coś, co dosłownie jest śmieciem, i robimy z tego coś użytecznego”.
W procesie pozyskiwania bioplastiku z muchówek żołnierskich, Tibbetts odkrył, że chityna stanowi istotny składnik martwych much. Ten nietoksyczny polimer, wytwarzany z cukru, wzmacnia pancerze owadów i skorupiaków. Producenci obecnie pozyskują chitynę z pancerzy krewetek i krabów do różnych celów. Tibbetts stosuje podobne techniki do ekstrakcji i oczyszczania chityny z ciał owadów.
Według niej, proszek chitynowy pozyskiwany z much jest potencjalnie czystszy, ponieważ nie ma typowego żółtawego odcienia ani gęstej konsystencji, charakterystycznych dla tradycyjnego produktu. Pozyskiwanie chityny z much pozwala uniknąć obaw o alergie na owoce morza. Podczas gdy inni badacze pozyskują chitynę lub białka z larw much, zespół prof. Wooley wyróżnia się jako pionier w wykorzystaniu chityny z odrzuconych dorosłych osobników much. W przeciwieństwie do larw, które zazwyczaj służą jako pasza, to unikalne podejście wyróżnia ich spośród innych.
Tibbetts udoskonala techniki ekstrakcji, podczas gdy inny student, Hongming Guo , przetwarza oczyszczoną chitynę muchową w polimer zwany chitozanem. Usuwa on grupy acetylowe z chityny, odsłaniając chemicznie reaktywne grupy aminowe, co umożliwia funkcjonalizację i sieciowanie. Postępując zgodnie z tymi krokami, chitozan można przekształcić w cenne biotworzywa, takie jak superabsorbujące hydrożele – złożone sieci polimerowe o niezwykłej zdolności pochłaniania wody.
Zobacz także : Poznaj bakterie, które mogą uratować planetę przed stale rosnącym problemem plastiku
Guo opracowała hydrożel, który może szybko wchłonąć 47 razy więcej wody niż sam waży . Według profesor Wooley, produkt ten ma potencjał, aby zatrzymywać wodę powodziową w glebie pól uprawnych i stopniowo uwalniać wilgoć podczas przyszłych susz. Wyjaśnia dalej: „Tutaj, w Teksasie, stale doświadczamy powodzi lub suszy, więc próbowałam wymyślić, jak stworzyć superabsorbujący hydrożel, który mógłby temu zaradzić. Ponieważ hydrożel jest biodegradowalny, będzie powoli uwalniał swoje składniki molekularne jako pożywienie dla upraw”.
Źródło Przekształcanie much w biodegradowalne tworzywa sztuczne
