Создание биоразлагаемого пластика из рыбьей чешуи

Биоразлагаемый пластик имеет ряд преимуществ перед обычным пластиком. Он может снизить объем отходов на свалках, уменьшить выбросы парниковых газов и сэкономить энергию при производстве. Он также может быть использован для создания упаковки, одежды, игрушек.

Всем и так известно, чем вреден пластик. Пластик наносит серьезный ущерб окружающей среде, начиная с его производства и заканчивая утилизацией. Заводы, выпускающие пластиковые изделия, выделяют в атмосферу до 400 миллионов тонн углекислого газа в год и примерно 800 видов животных сегодня находятся под угрозой вымирания из-за поедания и отравления пластиком.

Связи с чем, остро стоит необходимость производить биоразлагемые пластики. Нами выбрана технология производство из природных полимеров или полимеров из биомассы таких, как крахмал, полисахариды, целлюлоза и белки.

Данный способ получения решает одновременно две задачи: разработка экологически чистых пластмасс и использование отходов рыбной промышленности. Поскольку рыба, а нашей Республике добывается в больших количествах и рыбья чешуя просто выбрасывается. Рыбья чешуя характеризуется значительным содержанием белка, основу чешуи составляют белки – коллагены, содержание которых составляет от 13%, что делает их довольно перспективным сырьем для биотехнологической промышленности.

Эксперимент проводился на базе школьной лаборатории МБОУ Антоновской СОШ им. Н.Н. Чусовского. Суть проводимого нами эксперимента состоит в создании биоразлагаемого пластика, синтезируемого из рыбьей чешуи. В нашем эксперименте были взяты вещества и реактивы, которые подходят для опыта в школьной лаборатории.

Весь процесс создания можно разделить на следующие этапы:

• Подготовка сырья к гидролизу

Для начала было взвешено исходное сырье (мы брали чешую карася), в нашем случае 50 грамм. Сырье предварительно промыли в водопроводной воде 3 раза и оставили сушиться в течение одного часа. Рыбью чешую не измельчали, использовали цельной. ​​​​​​

• Щелочной гидролиз сырья

Для щелочного гидролиза следовало приготовить раствор, содержащий в своем составе 3% раствор NaOH (гидроксида натрия), 1% раствор Н₂О₂ (перекиси водорода), с добавлением 0,5% раствора Na₂SO₃ (сульфита натрия). Чешую залили данным раствором и оставили стоять в течение 15 часов.

• Нейтрализация коллагенсодержащего продукта

Данный раствор нейтрализовали 40% ортофосфорной кислотой до рН=6,7(при добавлении постепенно проверяя уровень рН универсальным индикатором среды). Позже разбавили водой в количестве 45% к массе полученного продукта. Масса нашего продукта была 120 мл, следовательно, мы добавили 54 мл воды (данное кол-во воды было получено из пропорции, где за 100% взяли массу всего раствора, равную 120 мл, а за 45% Х мл воды). ​​​​​​

• Фильтрование полученного продукта

Затем провели фильтрацию полученного раствора через фильтровальную бумага, отделяя путем отжатия массу твердого остатка. После фильтрования, нашего раствора осталось 160 мл из 174 мл. (120+54=174 мл после добавления воды.​​​​​​​

• Добавление пластификатора к полученному раствору

В нашем эксперименте в качестве пластификатора был взят глицерин. Также использовали крахмал и лимонную кислоту. Данное вещество использовалось нами, поскольку обладает невысокой стоимостью и доступностью.

Были приготовлены 10г крахмала, 10% раствор лимонной кислоты и 1мл глицерина. Для сравнительного анализа также подготовили воду. В две колбы залили реактивы. В первую колбу добавили 60мл подготовленного раствора рыбьей чешуи, для второго 60мл воды.

Колбы поставили в водяную баню при 200°С в течение 5минут. Постепенно помешивая, доводя раствор в чашках до однородности.

Из приготовленных растворов в сосуды были сформированы пленки. После того, как водный раствор ихтиожелатина был налит в чашки, его равномерно распределили по всему дну.

Пленки следовало высушить. Сосуды с растворами были оставлены в помещении при комнате температуре, до полного их застывания. В среднем застывание пленок было около 3 суток.

Итоги эксперимента

По результатам сравнения с водой, можно сказать что с пластик с водой был не пригоден для использования, так как был слишком высушен, а с раствором ихтиожелатина, где была тонкая пленка, трудно снимается, хрупкая и неэластичная по при этом достаточно прочная, там где был более толстая пленка имеет упругость и тянется достаточно хорошо. Цвет и запах всех пленок идентичный.

Результаты исследований показали, что ихтиожелатин (или рыбный желатин) может быть использован для изготовления биоразлагаемых пленок, причем съедобных. Данное исследование дает возможность решить сразу две задачи: использование рыбных отходов (которых в Нюрбинской районе большое количество) и сохранения уровня экологии, поскольку данные пленки могут стать отличной заменой нынешних пакетов, которые наносят большой вред окружающей среде.

1. Биоразлагаемые полимеры– упаковка будущего. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2014/03/06/biorazlagaemye-polimery-upakovka-budushchego (Дата обращения 14.12.2022)

2. Биоразлагаемый пластик — разновидности, технология производства, основные свойства. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://rcycle.net/plastmassy/biorazlagaemyj-plastik-raznovidnosti-tehnologiya-proizvodstva-osnovnye-svojstva (Дата обращения 14.12.2022)
3. Као Т.Х. Чешуя рыб как источник получения пищевого желатина [Электронный ресурс] / Т.Х. Као, Т.М. Нгуен, М.Ю. Карапун // Молодой ученый. – 2016. – №23. – С. 113-11. – Режим доступа: https://moluch.ru/archive/127/35036/ (Дата обращения 15.01.2023)
4. Киладзе А.Б. Рыбные отходы – ценное сырье / А.Б. Киладзе // Рыбное хозяйство. – №3. – 2004. – 58 с. (Дата обращения 15.01.2023)
5. Фомин В.А. Биоразлагаемые полимеры / В.А. Фомин // Химия и жизнь. – 2005. – №7. – С. 8-11. (Дата обращения 15.01.2023)
6. Якубова О.С. Разработка технологии получения ихтиожелатина из чешуи рыб: автореф. дис. ... канд. техн. наук / О.С. Якубова. – Воронеж, 2006. – 24 с. (Дата обращения 15.01.2023)
7. Покусаева О.А. , Долганова Н.В. , Якубова О.С. Ихтиожелатин как основа съедобных пленочных покрытий для пищевых продуктов Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/ihtiozhelatin-kak-osnova-sedobnyh-plenochnyh-pokrytiy-dlya-pischevyh-produktov/viewer (Дата обращения: 15.01.2023)