Лаборатория синтеза и анализа пищевых ингредиентов открыта в структуре высшей медико-биологической школы ЮУрГУ в 2016 году в рамках Проекта 5-100. Создание лаборатории направлено на поиск решений задач в области разработки технологий синтеза пищевых биополимеров и создание на их основе модифицированных форм с использованием ультразвукового воздействия. Руководит лабораторией профессор Национального института технологий г. Варангал (Индия) Шириш Соноуэйн, руководителем лаборатории со сторону ЮУрГУ является доктор технических наук, профессор Ирина Потороко.
На вопросы отвечали магистранты группы проектного обучения по направлению 19.04.01 «Биотехнология» Кафедры «Пищевые и биотехнологии» Высшей медико-биологической школы Артем Малинин и Арам Цатуров.
– Совсем недавно ваша лаборатория рассказывала о проекте биоразлагаемых полимеров, а сегодня вы уже говорите о съедобном пластике
Действительно, мы стараемся найти как можно больше практических вариантов применения наших разработок. Сейчас у нас появилось второе направление по изучению биополимеров, которое сформировалось на этапе оценки свойств новых материалов.
Проект мы начинали с модификации традиционной рецептуры биопластика с помощью ультразвукового воздействия. Это смесь картофельного крахмала, пластификатора и растворителя, которая подвергается ультразвуковой кавитации, изменяя ее структуру. Полученный в результате материал мы и называем биоразлагаемым полимером.
В наших исследованиях мы используем для получения биополимера картофельный крахмал, который имеет оптимальное соотношение амилозы и амилопектина в своем составе. В зарубежных источниках широко используется кукурузный крахмал, но для нашего региона наиболее рационально использовать именно картофель, как это доступное и недорогое сырье. Как показали наши исследования биопленки, полученные с помощью ультразвукового воздействия, получаются более прозрачные, пластичными и являются хорошей альтернативой полиэтиленовым пакетам. На данный момент мы разрабатываем оптимальное соотношение компонентов и времени воздействия ультразвуковой кавитации.
Второе направление – это получение биоразлагаемого полимера на основе пектина, с помощью подбора определённого соотношения компонентов и их смешивания. Причем важно отметить, что пектины извлечены из отходов на этапе получения крахмала. Нам кажется, что это возможность реализации ресурсосберегающих технологий и хорошее предложение для переработчиков растительного сырья.
В этом исследовании, мы используем такие пленкообразующие вещества как пектин и дополнительные биологически активные вещества, в частности – куркумин, который инкапсулируется с помощью ультразвука. Куркумин обладает антиаксидантной активностью, что позволит нам увеличить срок хранения продукта в случае использования пленок в качестве упаковочных материалов. Биополимеры из пектина, в отличие от биополимеров, полученных первым способом, более плотные и малопрозрачные.
– Как же хранить продукты в данной упаковке?
Для каждого продукта должна быть своя полимерная пленка, обладающая теми или иными свойствами. На данным момент мы разрабатываем технологию создания тары для хранения жидких продуктов из съедобного разлагаемого биополимера.
– Кто участвует в данном проекте?
На базе лаборатории был сформирован инициативный научный коллектив из числа аспирантов, магистрантов, молодых ученых, проявляющих интерес к разработке технологий получения биокомпозитов из микроингредиентов растительного сырья. Сегодня в нашу международную команду входят ученые Института технологий г. Варангал (Индия) и Медицинского университета г. Варна (Болгария).
Мы открыты для совместной работы, привлекаем инвестиции от малого и среднего бизнеса. На данный момент наш основной стратегический партнер по продвижению разрабатываемых технологий до реальных заказчиков – Министерство сельского хозяйства Челябинской области, Управление по развитию растениеводства. Также заинтересованы в разрабатываемых нами технологиях сельскохозяйственные и перерабатывающие предприятия, такие как ООО «Боровое».
– Есть ли мировой опыт в разработке биоразлагаемых полимеров?
Технология не новая, так как проблема экологии окружающей среды волнует сейчас многих. Зарубежные страны уже имеют такую практику производства экологичных биоразлагаемых полимеров, однако в открытом доступе достаточной информации нет. На данный момент наша задача состоит в разработке своего уникального продукта, который будет иметь такие же физические характеристики, как и обычный полиэтилен и пластик, но будет безопасен для окружающей среды.
– Как происходит процесс разложения биополимеров?
Мы провели исследования с образцами, которые были получены из зернового и картофельного крахмалов под воздействием ультразвуковой кавитации, поместив их в агрессивную среду в присутствии спор аэробных плесневых грибов (рода Aspergillus). Результаты подтвердили, что наши пленки биоразлагаемы!
Также пленки помещались в горячую и холодную воду, где они со временем растворялись. Сейчас наша задача состоит в замедлении этого процесса, так как существуют определённые пищевые компоненты, которые способны замедлить процесс растворения и тем самым расширить спектр применения биополимеров.
– Возможно ли вторичное использование этих биополимеров?
Для нас это тоже важный вопрос, и мы его задаем себе. Возможно, мы ответим на него после комплексного исследования в ближайшее время.
– Расскажите о ваших дальнейших планах по исследованию биоразлагаемых полимеров?
Основным направлением мы рассматриваем получение стабильных биоразлагаемых полимеров, в том числе и «съедобных». А в дальнейшем – это формовка биополимеров и создание из них полноценной посуды, которая способна выдержать воздействие перепада температур и быть устойчивой к разрушению в жидкой среде на определенный промежуток времени.
И конечно же, мы хотим рассмотреть возможность использование разных видов крахмала, ориентируясь на ресурсные возможности нашего региона и профицит растительного сырья, в частности картофеля и зерна.