Biopolimēru pārklājumi un iepakošanas materiāli ogām
Ik gadu planētas iedzīvotāji izlieto ap triljonu plastmasas maisiņu. Šobrīd piesārņojums ar plastmasas izstrādājumiem ir viens no lielākajiem cilvēku radītajiem draudiem mūsu planētai. Saskaņā ar Pasaules Veselības organizācijas pētījumu datiem – ja atkritumu problēma netiks risināta, tad 2050. gadā okeānos jau būs nonācis vairāk plastmasas, nekā sver visas tajos mītošās zivis.
Jāatzīst, ka ne tikai piesārņojums ar plastmasu rada videi būtisku kaitējumu, vēl viena milzīga problēma ir pārtikas atkritumi. Piemēram, pēc Fruit Logistica (2020. gada) datiem, Eiropas valstis saražoja ~44 miljonus tonnu augļu/ogu. Savukārt pēc augļu/ogu novākšanas, uzglabāšanas laikā tiek zaudēts ~61% no kopējās ražas. Protams, atšķirībā no plastmasas apkārtējā vidē augļu/ogu atliekas diezgan viegli sadalās, bet tās veicina siltumnīcefekta gāzu emisiju, būtiski ietekmējot klimata pārmaiņas. Balstoties uz Pasaules bankas 2018. gada ziņojumu, ja atkritumu apsaimniekošanas sektorā šī problēma netiks risināta, tad līdz 2050. gadam ir sagaidāms 70% atkritumu apjoma pieaugums.
Laba alternatīva plastmasu lietošanas samazināšanai ir biopolimēru iepakošanas materiālu plašāka izmantošana. Turklāt jāuzsver, ka šāda veida iepakojuma materiāli spēj būtiski pagarināt pārtikas produkta derīguma termiņu. Biopolimēru ieviešana pārtikas iepakojumu piedāvājumā ir īpaši aktuāla mīkstām ogām, kurām ir īss derīguma termiņš, piemēram, zemenēm un avenēm. Pamatojoties uz Pārtikas un lauksaimniecības organizācijas (Food and Agriculture Organisation) statistikas datiem, pasaulē pēdējo piecdesmit gadu laikā ir novērota ogu ražošanas apjoma palielināšanās. Globālais zemeņu tirgus ir būtiski palielinājies no 754 517 tonnām 1961. gadā līdz 9,2 milj. tonnām 2017. gadā. Savukārt avenēm pieaugums bija no 134 115 tonnām 1961. gadā līdz 812 735 tonnām 2017. gadā. Atsaucoties uz žurnālā “Agro Tops” (2018. gada jūlija numurā) pieejamiem datiem, prognozējams, ka zemeņu patēriņš turpinās pieaugt, un 2025. gadā tā apjoms varētu sasniegt 1,5 miljonus tonnu. Līdzīga ražošanas apjoma palielināšanās tendence tiek prognozēta arī avenēm. Līdz ar ogu ražošanas apjoma palielināšanos var prognozēt arī pārtikas atkritumu pieaugumu. Bioiepakojuma ieviešana mīkstajam ogām var sniegt savu ieguldījumu pārtikas un plastmasas atkritumu problēmas risināšanā.
Jāatzīmē, ka mikrobiālās izcelsmes biopolimēru (polisaharīdu) ražošanas uzsākšana prasa ievērojamas investīcijas. Lai samazinātu mikrobioloģiski sintezēto biopolimēru ražošanas izmaksas, ir lietderīgi izmantot lauksaimniecības un pārtikas ražošanas blakusproduktus vai atkritumus. Piemēram, LU Bioloģijas institūta pētnieki ir paveikuši plašu un starptautiski atzītu pētījumu par zemas kvalitātes ābolu vai to atlikumu izmantošanu biopolimēru iegūšanai. Savukārt APP Dārzkopības institūta pētnieki noskaidrojuši, ka par barotni biopolimēru sintēzei iespējams izmantot pat krūmcidoniju sīrupu, kas veidojas sukāžu ražošanas procesā. Pašlaik krūmcidoniju ražotājiem nav problēmu ar sīrupa realizāciju, tomēr, ņemot vērā pēdējo piecu gadu laikā krūmcidoniju stādījumu platību palielināšanos (gandrīz × 4 reizes) līdz 590 hektāriem, šādas problēmas var rasties. Nepārdoto sīrupu var izmantot kā barības vielu avotu mikroorganismiem, bioloģiski noārdāmu ēdamo polimēru ražošanā.
Vēl viens rūpnieciski nozīmīgs blakusprodukts, kas veidojas piena pārstrādes procesā, ir siera sūkalas. Tās tiek uzskatītas par problemātisku blakusproduktu, jo tā utilizēšana rada uzņēmumam papildus izmaksas, kā arī nodara ievērojamu kaitējumu apkārtējai videi, ja sūkalas netiek atbilstoši pārstrādātas. Projekta ietvaros LU Bioloģijas institūta pētnieki ir piemērojuši sūkalu substrātu biopolimēra – bakteriālās celulozes sintēzei. Pētījumu rezultātā tika atlasīta īpašā baktērija Komagataeibacter rhaeticus MSCL 1463, kas spēj efektīvi sintezēt bakteriālo celulozi sūkalu barotnē. Rezultātā tika izveidota metodoloģija biopolimēru iegūšanai. Vairāki eksperimenti arī tika veltīti pārklājumu un kompozītmateriālu izveidei. Izveidotie BC kompozītmateriāli un pārklājumi pagarina produkta (avenes un zemenes) uzglabāšanās laiku, rezultātā samazinot, pārtikas atkritumus.
Izvērtējot zemeņu uzglabāšanas laikā analizētos datus (fizikāli – ķīmiskos, sensoros, mikrobioloģiskos) konstatēts, ka ir novērota tendence ar biopolimēru pārklājumu un/vai plēvi uzglabāto ogu derīguma termiņa paildzināšanai. Turklāt fizikāli-ķīmiskie un sensorie radītāji apstrādātajiem variantiem bija līdzvērtīgi vai augstāki, salīdzinot ar kontroles paraugiem. Mikrobioloģiskie radītāji uzglabāšanas perioda beigās kontroles variantam bija sliktāki, salīdzinot ar apstrādātiem un/vai biopolimēru plēvē uzglabātajiem paraugiem. Analizējot rudens aveņu iegūtos pētījuma datus, ir arī novērota tendence bioiepakojumos uzglabāto ogu derīguma termiņa paildzināšanai.
Svarīgi atzīmēt, ka no bakteriālās celulozes tika izstrādāts pārklājums, kuru var izmantot pelējuma sieru (Rokforas tipa) nogatavināšanas procesā. BC materiāls, kas tika iegūts uz sūkalu barotnes, uzlabo gāzes cirkulāciju nogatavināšanas procesā, vienlaikus nodrošinot procesā nepieciešamos mitruma apstākļus, kā arī pasargā sieru no nevēlamiem mikroorganismiem, samazinot produkta zudumus. Līdzīgi kā ar ogu pārklājumiem, BC izmantošana uzlaboja siera sensorās īpašības.
Projekta ietvaros tika izstrādāts eksperimentāla bioreaktora prototips, kas ļauj papildus palielināt biopolimēra sintēzi. Prototips balstās uz rotācijas disku principa, kad BC, kas ir daļēji iegremdētā barotnē, aug uz perforētiem diskiem. Kopumā tas ļauj uzlabot biopolimēra sintēzi 3-5 reizēs atkarībā no izvēlētās barotnes.
Realizētā projekta gaitā rezultāti tiks apkopoti kopīgā atskaitē, kas būs pieejama ieinteresētām personām. Savukārt biopolimēru paplašināta izpēte un to pielietošanas iespējas tiks pētītas arī turpmāk.
*Projekta īstenošanā iesaistījušies septiņi sadarbības partneri:
- Latvijas Universitātes Bioloģijas institūts (vadošais partneris),
- APP Dārzkopības institūts,
- AS “Rankas piens”,
- SIA “Probiotika LV”,
- SIA “Skoru Dārzi”,
- Valters Dambe,
- Auru pagasta zemnieku saimniecība “Pērles”.
Pētījumi tiek īstenoti Latvijas Lauku attīstības programmas 2014.-2020. gadam pasākuma 16. “Sadarbība” 16.1 apakšpasākumā “Atbalsts Eiropas Inovāciju partnerības lauksaimniecības ražīguma un ilgtspējas darba grupu projekta īstenošanai”.
Projekta “Bionoārdāmo polimēru iegūšana no atjaunojamiem resursiem augļu aizsargplēvju un iepakojuma materiālu izstrādei” (Nr. 19-00-A01612-000004) īstenošanu līdzfinansē Eiropas Lauksaimniecības fonds lauku attīstībai (ELFLA).
Vairāk informācijas par ELFLA pieejama Eiropas Komisijas tīmekļa vietnē: https://ec.europa.eu/info/food-farming-fisheries/key-policies/common-agricultural-policy/rural-development
Projekta īstenošanu atbalsta Zemkopības ministrija un Lauku atbalsta dienesta atbalsts.
Sagatavoja projekta darba grupa
Papildu informācija:
Uzziņa: Latvijas Lauku konsultāciju un izglītības centrs ir EIP (Eiropas inovāciju partnerību) tīkla pārstāvis Latvijā, kura viens no uzdevumiem ir informēt par inovācijām un ar tām saistītiem projektiem Latvijā un Eiropā.
Pievienot komentāru