Jak naukowcy przekształcają odpady z tworzyw sztucznych w składniki bezpieczne dla żywności
Chyba nie muszę ci tłumaczyć, że mamy problem z plastikiem.
Ale jeśli jesteś liczbowcem, każdego roku produkujemy 359 milionów ton plastiku, z czego 150-200 milionów ton trafia na wysypiska śmieci. To ponad 40%.
Nie najlepiej. Ciekawi mnie jednak — co sądzisz o przekształcaniu plastiku w składniki żywności? Czy zjadłbyś upcyklingowane jedzenie?
I to nie jest jakieś wyimaginowane rozwiązanie.
Pozornie niemożliwe przekształcenie plastikowych odpadów w składniki bezpieczne dla żywności zostało ostatnio udowodnione jako wykonalne w badaniu , które przekształciło butelki z wodą w wanilinę, czyli sztuczny aromat waniliowy.
Rozbijanie plastiku
Głównym problemem związanym z recyklingiem tworzyw sztucznych jest to, że gdy są one topione i ponownie formowane, nowy materiał nie zachowuje się tak samo jak pierwotny plastik.
Dlatego łatwiej jest wyprodukować nowy plastik zamiast recyklingu tego, co już mamy.
Powstaje więc pytanie, czy jest coś jeszcze, co możemy zrobić z plastikiem, oprócz wytworzenia większej ilości plastiku?
Jednym z pomysłów jest wzięcie plastikowego polimeru, który jest dużą cząsteczką złożoną z powtarzających się podjednostek i zhydrolizowanie go z powrotem do tych mniejszych podjednostek.
Pomysł polega na tym, że mniejsze związki mogą być bardziej przydatne niż sam polimer.
Na przykład politereftalan etylenu (PET), który jest używany do produkcji butelek na wodę i napoje gazowane, można pociąć na mniejsze cząsteczki kwasu tereftalowego i glikolu etylenowego. I być może łatwiej byłoby przekształcić te dwa mniejsze związki w nowy, bardziej wartościowy materiał.
Jeszcze dwa lata temu głównym problemem związanym z tym rozwiązaniem był brak skutecznego enzymu do rozdrabniania tworzyw sztucznych, takich jak PET. I to nie z braku prób.
Naukowcy przetestowali wiele enzymów znanych z hydrolizy PET, ale z niewielkim powodzeniem.
Najskuteczniejszy znaleziony enzym — kutynaza kompostowa liściasta — pierwotnie wyizolowany z bakterii Ideonella sakaiensis , przekształcił jedynie 31% PET w mniejsze podjednostki.
Wszystko zmieniło się w 2020 r., kiedy jedna grupa naukowców stworzyła 209 różnych odmian kutynazy kompostowej liściastej poprzez selektywną mutację obszaru, który oddziałuje z PET. Obszar ten nazywany jest miejscem aktywnym i jest miejscem kontaktu enzymu z jego substratem.
Naukowcy pracowicie przetestowali wszystkie 209 odmian, aby zobaczyć, jak wchodzą w interakcje z plastikiem z butelek po wodzie i napojach gazowanych.
Podczas gdy większość zmienionych enzymów miała upośledzoną zdolność do cięcia PET, jedna wersja okazała się bardzo obiecująca z 90% wydajnością przekształcania PET w mniejsze jednostki kwasu tereftalowego i glikolu etylenowego.
To był ogromny sukces!
Następnie grupa wykazała, że kiedy mniejsze podjednostki zostały użyte do odtworzenia PET, plastikowy polimer zachowywał się jak pierwotny PET, tworząc okrągły plastikowy system.
Gdyby ten system został udoskonalony, nie trzeba by już produkować pierwotnego PET. Moglibyśmy po prostu wykorzystać cały PET, który obecnie posiadamy, do produkcji tego samego plastiku raz za razem.
Uczynienie go jadalnym
Podczas gdy recykling PET na używany PET jest krokiem we właściwym kierunku, inna grupa naukowców miała jeszcze większe marzenie. Chcieli upcyklingować dwie podjednostki PET – kwas tereftalowy i glikol etylenowy – aby stworzyć coś bardziej wartościowego.
Nie wystarczy trzymać PET w niekończącej się plastikowej pętli.
Naukowcy zauważyli coś interesującego w jednostkach kwasu tereftalowego — wyglądały one dość podobnie do waniliny — głównego związku smakowego w wanilii.
Grupa opracowała plan i oszacowała, że przekształcenie kwasu tereftalowego w wanilinę zajmie tylko pięć kroków .
Chociaż każdy krok w planie był wykonalny, niektóre reakcje wymagały specyficznych enzymów występujących w różnych organizmach. Aby obejść ten problem, zespół postanowił opracować własny mikroorganizm, który zawierałby wszystkie enzymy potrzebne do upcyklingu.
W tym celu pobrali bakterię Escherichia coli — lepiej znaną jako E. coli — i wstawili trzy nowe plazmidy, dając gatunkowi wszystkie niezbędne enzymy do syntezy waniliny z kwasu tereftalowego.
Następnie naukowcy wykorzystali jednostki kwasu tereftalowego z plastikowych butelek na wodę jako pożywkę dla zmodyfikowanych bakterii i czekali, aby zobaczyć, czy kultura wytwarza wanilinę zgodnie z oczekiwaniami.
Po 10 godzinach 79% kwasu tereftalowego zostało przekształcone w wanilinę.
Duży sukces i dowód na to, że związki smakowe mogą być wytwarzane z tworzyw sztucznych poprzez połączenie hydrolizy PET przez kutynazę kompostową liściastych gałęzi z metabolizmem nowo opracowanej E. coli.
Czy zjadłbyś jedzenie zrobione z plastiku?
Chociaż wanilina syntetyzowana z plastiku jest chemicznie identyczna ze sztuczną wanilią sprzedawaną w sklepach ORAZ wanilią w laskach wanilii, zgaduję, że będzie sporo sceptycyzmu.
I rozumiem, coś w jedzeniu jedzenia zrobionego z plastikowych butelek po wodzie wydaje się niepokojące (chociaż jestem niesamowicie ciekawy).
Nie wspominając o tym, że enzym i bakterie, które pomagają w tym procesie, zostały genetycznie zmienione, co zawsze budzi krytykę.
Z drugiej strony jest to interesujący sposób radzenia sobie z ogromnymi ilościami plastiku, które stworzyliśmy. Nie wspominając o tym, że upcyklingowana wanilina może przynieść konsumentom ogromne oszczędności cenowe, zwłaszcza w porównaniu z naturalnym aromatem waniliowym, który został wyekstrahowany z kapryśnej orchidei waniliowej.
Nawet nie każ mi zaczynać od tego, jak żmudna jest praca z waniliowymi orchideami — napisałem już o tym szczegółowy artykuł .
Jest jednak jeden zabawny fakt — większość kwiatów wanilii musi być zapylana RĘCZNIE , jeden po drugim, przy użyciu małej końcówki Q. Zdobycie tych ziaren wanilii jest niezwykle pracochłonne, więc mam nadzieję, że lepiej je docenisz.
Jeśli jedzenie upcyklingowanej żywności nie stanie się normą, wciąż istnieją inne opcje upcyklingowanej waniliny.
Może być stosowany do produktów niejadalnych, takich jak perfumy i zapachy. To znaczy, ile produktów do higieny osobistej, od szamponu po dezodoranty, ma zapach wanilii? Nie wspominając już o odświeżaczach powietrza! Chodzi mi o to, czy ludzie naprawdę sprzeciwialiby się upcyklingowi wanilii zakrywającej ich smród?
Być może czas pokaże, ponieważ proces upcyklingu odniósł sukces tylko w skali laboratoryjnej i nadal musi zostać znacznie rozszerzony, aby wywrzeć jakikolwiek wpływ na nasz kryzys plastikowy.
Ale powiem, że zanim znalazłem to badanie, nigdy nie myślałem, że rozwiązaniem problemu zanieczyszczenia plastikiem byłoby przekształcenie go w składniki żywności.
Pomyślałem, że pomysł był niewiarygodnie innowacyjny i kreatywny, choć trochę nie na miejscu.
