代替グリーンプラスチックとしての新規多糖類/ゼイン複合体

Jun 20, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13161 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

亜麻仁ケーキは亜麻仁油の抽出から出る廃棄物です。 この無駄な材料に付加価値を与えることは、循環性の概念と一致します。 この研究では、包装材料開発のための亜麻粘液とゼインタンパク質の結合を調査しました。 亜麻粘液とゼインは両方とも優れたフィルム形成特性を持っていますが、工業的加工に必要な機械的特性が欠けており、高湿度に敏感です。 我々は、新しい亜麻粘液/ゼイン複合体を開発するための、シンプルで無毒なワンポット法を紹介します。 亜麻粘液が酸化を受けてアルデヒド基が形成され、その後糖化プロセスでゼインのアミノ基と反応します。 複合体はさまざまな技術を使用して分析されました。 亜麻粘液複合体は 87 ～ 62% の保水能力を持っていました。 ゼイン含有量を増やすと、フィルムの表面平滑性が向上しました。 一方、ゼインの濃度が高いと、フィルムの溶解度が大幅に低下しました (p < 0.05)。 亜麻粘液複合体は、熱可塑性および弾性特性を示しました。 1 ～ 3 GPa のヤング率、49 °C ～ 103 °C のガラス転移温度、およびさまざまな工業技術による優れた加工性が明らかになりました。 従来のプラスチックに代わる持続可能な代替品としての可能性を示しています。

ポリマー科学の分野は、石油化学科学の発見と進歩以来、目覚ましい進歩を遂げてきました。 プラスチックは、高い強度重量比、剛性、靱性、延性、耐食性、比較的低コストなどのユニークで有利な特性を備え、広く普及しています。 しかし、これらの材料の生産と輸送は CO2 排出に大きく寄与しており、その結果、二酸化炭素排出量はかなり高くなっています 1,2。 さらに、プラスチックは寿命の終わりに焼却されてさらに多くの CO2 を放出するか、埋め立て地や海洋に蓄積し、重大な環境脅威をもたらします 3,4。 その結果、プラスチックの廃棄は高分子科学者にとって大きな懸念事項となっています5、6、7、8。

循環経済に移行し、化石燃料への依存を減らすには、石油ベースのプラスチックを、さまざまな植物や生物の多糖類、タンパク質、脂質に由来する持続可能なバイオプラスチックに置き換えることが重要です。 このような生体高分子の例には、デンプン 9、10 およびセルロース 11、12、大豆タンパク質 13、14、15、ペクチン 16、17、カゼイン 18、ホエイタンパク質 (WP) 19、アルギン酸塩 5、20、21、ゼラチン 22、キチンおよびキトサン 23、24、およびケラチン 25 が含まれます。 特に注目されているのは植物ベースのバイオプラスチックで、光合成によって成長中に CO2 を吸収し、ライフサイクルの終わりには容易に環境に統合されて分解されるため、石油と比較して二酸化炭素排出量が削減されるという 2 つの利点があります。 -ベースの対応物2。

植物ベースのバイオプラスチックに関連する主な懸念の 1 つは、植物ベースのバイオガスと同様に、人間の主要な食料資源との競合であり、食料価格の上昇と森林破壊につながります26。 このような問題を回避し、バイオエコノミーを達成するには、植物や動物の残留物からバイオプラスチックを生成し、より適切な廃棄物管理を可能にし、付加価値を提供する必要があります。

多糖類は、ヒドロキシル、アミノ、カルボン酸、アルデヒドなどのさまざまな官能基を含む多用途分子であり、結合に最適です。 多糖類とタンパク質の複合体は、個々の多糖類やタンパク質の溶解性、乳化性、疎水性、バリア性、および機械的特性を上回っているため、持続可能なバイオプラスチック材料として注目されています。 これらの複合体は、薬物担体、創傷被覆材、食品中の乳化剤として生物医学分野で広範囲に研究、開発、応用されています。