대체 친환경 플라스틱으로서의 새로운 다당류/제인 결합체

Jun 20, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13161(2023) 이 기사 인용

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아마씨 케이크는 아마유 추출의 폐기물입니다. 이렇게 낭비되는 재료에 가치를 더하는 것은 순환성의 개념과 일치합니다. 본 연구에서는 포장재 개발을 위해 아마 점액과 제인 단백질의 결합을 탐구했습니다. 아마 점액질과 제인은 모두 우수한 필름 형성 특성을 갖고 있지만 산업 가공에 필요한 기계적 특성이 부족하고 높은 습도에 민감합니다. 우리는 새로운 아마 점액/제인 접합체를 개발하기 위한 간단하고 무독성 원팟 방법을 제시합니다. 아마 점액이 산화되어 알데히드 그룹을 형성한 다음 당화 과정에서 제인의 아미노 그룹과 반응합니다. 접합체는 다양한 기술을 사용하여 분석되었습니다. 아마 점액 결합체는 87~62%의 수분 보유 능력을 가졌습니다. 제인 함량을 높이면 필름의 표면 매끄러움이 향상됩니다. 반면, 제인 함량이 높을수록 필름 용해도가 크게 감소했습니다(p < 0.05). 아마 점액 복합체는 열가소성 및 탄성 특성을 나타냈습니다. 1~3GPa의 영률, 49°C~103°C의 유리 전이 온도, 다양한 산업 기술을 통한 우수한 가공성을 나타냅니다. 기존 플라스틱에 대한 지속 가능한 대안으로서의 잠재력을 보여줍니다.

고분자 과학 분야는 석유화학의 발견과 발전 이후 눈부신 발전을 이루었습니다. 높은 강도 대 중량 비율, 강성, 인성, 연성, 내식성, 상대적으로 저렴한 비용 등 독특하고 유리한 특성을 지닌 플라스틱이 널리 보급되었습니다. 그러나 이러한 물질의 생산 및 운송은 CO2 배출에 크게 기여하여 상당히 높은 탄소 발자국을 초래했습니다1,2. 더욱이, 플라스틱은 수명이 다하면 소각되어 더 많은 CO2를 방출하거나 매립지와 바다에 축적되어 심각한 환경 위협이 됩니다3,4. 결과적으로 플라스틱 폐기는 고분자 과학자들에게 주요 관심사가 되었습니다5,6,7,8.

순환 경제로 전환하고 화석 연료에 대한 의존도를 줄이려면 석유 기반 플라스틱을 다양한 식물과 유기체의 다당류, 단백질 또는 지질에서 추출한 지속 가능한 바이오 플라스틱으로 대체하는 것이 중요합니다. 이러한 생체 고분자의 예로는 전분9,10 및 셀룰로오스11,12, 대두 단백질13,14,15, 펙틴16,17, 카제인18, 유청 단백질(WP)19, 알기네이트5,20,21, 젤라틴22, 키틴 및 키토산23,24 및 케라틴25이 있습니다. 특히 관심을 끄는 것은 식물 기반 바이오플라스틱입니다. 이는 광합성을 통해 성장하는 동안 CO2를 흡수하고 수명 주기가 끝날 때 환경에 쉽게 통합 및 분해되어 석유에 비해 탄소 배출량이 감소하는 두 가지 이점을 제공합니다. -기반 대응물2.

식물 기반 바이오플라스틱과 관련된 주요 우려 사항 중 하나는 1차 인간 식량 자원과의 경쟁으로 인해 식물 기반 바이오가스와 마찬가지로 식량 가격이 상승하고 삼림 벌채가 발생한다는 것입니다26. 이러한 문제를 방지하고 바이오 경제를 달성하려면 바이오플라스틱은 식물 및 동물 잔류물에서 파생되어야 하며, 이를 통해 폐기물 관리를 개선하고 추가적인 가치를 제공해야 합니다.

다당류는 수산기, 아미노, 카르복실산 및 알데히드를 포함한 다양한 작용기를 포함하는 다용도 분자이므로 접합에 이상적입니다. 다당류-단백질 접합체는 개별 다당류와 단백질을 능가하는 향상된 용해도, 유화성, 소수성, 장벽 및 기계적 특성으로 인해 잠재적인 지속 가능한 바이오 플라스틱 소재로 부상했습니다. 이러한 접합체는 생의학 분야에서 약물 전달체, 상처 드레싱 및 식품 유화제로서 광범위하게 연구, 개발 및 적용되었습니다.