中科大开发细菌纤维素基吸管 为生物质资源有效利用提供“新灵感”

  中化新网讯 吸管是生活中常见且经常使用的物品。近日,中国科学技术大学的研究人员通过生物合成细菌纤维素并与海藻提取物海藻酸钠复合的策略,研制出具有优异性能的“可食用”细菌纤维素基吸管,为生物质资源有效利用提供了“新灵感”。

  目前,市场上有塑料吸管、纸吸管和可降解聚乳酸吸管等。但塑料吸管可能需要几百年的时间才能实现完全降解,纸吸管在水中容易软化,聚乳酸吸管耐热性不够好。因此,开发出一种兼具优异的力学和耐热性能、不释放微塑料的新型可降解吸管,成为未来的发展趋势。

  纤维素是生活中常见的一种天然多糖,是地球上最丰富的有机物。纤维素可以来源于植物,也能由细菌生产,即细菌纤维素。在食品行业中,细菌纤维素有一个大家更熟悉的名字——椰果。与植物来源的纤维素不同,细菌纤维素通过木醋杆菌合成,具有更高的纯度和超精细三维纳米纤维网络,显示出可食用、高强度和高含水量等特征。

  研究人员将细菌纤维素压制成薄膜,在薄膜表面引入一层薄薄的海藻酸钠。作为一种可食用的天然多糖聚合物,海藻酸钠穿透孔隙进入薄膜的三维纳米纤维网络,形成大量的氢键,从而形成牢固的连接。紧接着他们将涂有海藻酸钠的薄膜卷制成管,浸入乳酸钙溶液中交联。最后,经过洗涤和干燥,可食用和可生物降解的细菌纤维素基吸管就诞生了。

  从研发过程可以看出,细菌纤维素基吸管的所有成分均来自天然的可食用原料,并且加工过程不涉及有机溶剂的引入,是一种安全可食用的吸管。由于三维纳米纤维网络以及海藻酸钠在三维网络中的贯穿,让这种吸管的强度、模量和韧性是纸吸管的两倍以上。这就意味着,在同样的性能要求下,细菌纤维素基吸管可以做得比纸吸管更薄。

  研究人员介绍,细菌纤维素基吸管的研发,并非一帆风顺。从椰果压制成膜再成管,很多工艺制备问题需要不断解决,如将一个含水量90%的椰果压制成高性能薄膜,就是团队曾经面临的众多难题中的一个。基于前期积累的丰富经验,他们经过上百次的调试,找到了相对稳定的参数,成功制成细菌纤维素基吸管。

  这种新型吸管对于环境十分友好,不仅“可食用”,在环境中也能快速降解,不会对环境造成任何负面影响。实验表明,细菌纤维素基吸管埋入土壤15天后,就会破碎成大块,45天后变小,几乎消失;大约60天后,就能完全融入土壤中。在成功研发“可食用”吸管的基础上,团队目前正在研发一次性刀叉等餐具。

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