Целлюлозно-альгинатные трубочки для коктейля

Целлюлоза – базовое соединение для производства одноразовой посуды, в том числе трубочек для напитков. Источников получения целлюлозы несколько: древесина, солома, растительное сырье - лён, конопля, мискантус, растительные отходы, в том числе солома злаков и свекловичный жом, и бактерии.

Целлюлоза бактериального происхождения стоит дороже растительной, однако имеет более высокую кристалличность и обладает большей прочностью за счет образования трехмерной сети связей между соседними волокнами. Кроме того, бактериальную целлюлозу, в отличие от выделенной из растений, особенно древесных пород, не надо очищать от лигнина и гемицеллюлоз.

Китайские ученые из Научно-технического университета Китая под руководством Shu-Hong Yu  (Шу Хун Юя) сделали водостойкие трубочки для напитков из бактериальной целлюлозы, полученной с помощью бактерий Gluconacetobacter xylinus и альгината  Сначала из глюкозы с добавками экстракта дрожжей приготовили гидрогель целлюлозы, а затем гидрогель высушили и получили пленки, из которых сделали трубочки.

Чтобы сделать трубочки водостойкими, их пропитали раствором альгината натрия. Альгинат, как и целлюлоза, является природным полисахаридом и имеет множество свободных гидроксильных групп. Во время пропитывания между альгинатом и целлюлозой образуются водородные связи. Готовые трубочки также на час опускали в раствор лактата кальция: каждый двухвалентный ион кальция образует по две связи с альгинатом, которые дополнительно скрепляет материал. Сканирующая электронная микроскопия показала, что полученные образцы пленки состоят из нескольких макрослоев толщиной 0,02-0,03 миллиметра, каждый из которых в свою очередь состоит из нескольких десятков микрослоев.

Целлюлозно-альгинатная пленка продемонстрировала прочность до 420,5 мегапаскалей: в десять раз больше, чем бумажная пленка такой же толщины (40,8 Мегапаскалей). Кроме того, оказалось, что альгинатное покрытие положительно влияет на механические свойства — у образцов без покрытия предел прочность был почти на 25% ниже. Трубочки из целлюлозы с альгинатом также оказались стабильными в различных жидкостях (сок, вода, кока-кола, зеленый чай) в диапазоне температур от 0 до 95 градусов Цельсия. Вероятно, благодаря альгинату, между слоями целлюлозы образуются дополнительные водородные связи.   При этом коктейльные трубочки быстро компостировались: при закапывании в почву они теряли целостность уже через 15 дней, а полностью разлагались за 45 дней. 

Авторы полагают, что при промышленном производстве стоимость может составлять 0,003 доллара США за штуку, что сравнимо со стоимостью пластиковых трубочек (0,002 доллара США за штуку).

Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Functional Materials (Edible, Ultrastrong, and Microplastic-Free Bacterial Cellulose-Based Straws by Biosynthesis. https://doi.org/10.1002/adfm.202111713)