在人们对塑料废弃物和微塑料日益担忧的背景下，研究人员正将农业废弃物转化为可生物降解的包装材料。利用从葡萄藤蔓等非常规来源提取的纤维素，他们制成了坚固透明的薄膜，这种材料仅需17天即可分解，且不留下有害残留物。
目前，大多数包装都是"一次性"的，并且由塑料材料制成，这些材料来源于不可再生的资源，如原油，它们需要数百年才能在环境中分解。除此之外，仅有9%的塑料被回收。这导致了海洋中漂浮塑料垃圾堆积的形成，被称为"太平洋垃圾带"。
但也许更令人担忧的是在环境中发现了微塑料和纳米塑料。研究发现，塑料会分解成微小的颗粒，这些颗粒被人类和动物摄入或吸入，并且根据近期研究，它们实际上无处不在，包括在人体内——据近期研究显示。更糟的是，人们对微塑料长期健康影响知之甚少。
斯里尼瓦萨·贾纳萨米是南达科他州立大学乳制品与食品科学系的副教授。他的研究重点是透过生物废弃物和农业副产品开发高附加值产品。贾纳萨米研究的首要目标之一是应对塑料废弃物危机。
也许塑料废弃物的最大来源，至少在美国，是塑料袋，即大多数零售商店使用的那种。这些袋子，虽然有时会被回收，但通常仅使用一次，并且可能散落在环境中。
为了解决这个问题，贾纳萨米正致力于开发一种能在环境中分解的类似塑料的袋子。
"那是我的梦想，"贾纳萨米说。
贾纳萨米研究的关键成分是什么？纤维素。这种生物聚合物是地球上最丰富的有机物质，主要存在于植物的细胞壁中。由于强大的氢键和葡萄糖分子链，纤维素与甘露聚糖、木糖、半纤维素和木质素等其他生物聚合物一起，赋予植物结构强度和刚性。
人类长期以来利用纤维素制造产品。用于制造世界上大多数服装的材料棉花，主要由纤维素组成。木材也富含纤维素。
在之前的研究中，贾纳萨米已从鳄梨皮、大豆皮、苜蓿、柳枝稷、废咖啡渣、玉米芯和香蕉皮等农产品中提取纤维素。他利用提取出的纤维素开发薄膜——外观和触感类似于传统塑料包装的材料。
"通过从农产品中提取纤维素，可以创造出高附加值的产品，"贾纳萨米说。
贾纳萨米的每种薄膜都具有不同的特性和性能。有些更透明，有些则强度更高。但由于与一位南达科他州立大学同事的独特合作，贾纳萨米可能已经创造出了他迄今为止最好的高附加值产品。
葡萄藤蔓
贾纳萨米刚刚在南达科他州立大学的"教师卓越庆祝活动"上完成题为"农业生物质——清理塑料污染的圣杯"的演讲后，安妮·芬内尔找到了他。芬内尔是农艺、园艺与植物科学系的杰出教授，也是农业、食品与环境科学学院的同事。
听完贾纳萨米的演讲后，芬内尔对他的研究产生了兴趣，并有了一个想法。作为葡萄藤研究的领军学者，她知道葡萄藤蔓——葡萄生长于其上的木质植物材料——富含纤维素。她还知道葡萄藤蔓资源丰富，且在收获后用途有限。
"每年我们都会修剪掉藤蔓上一年生的大部分生物质，"芬内尔说。"修剪下来的藤蔓要么被割碎，要么堆肥后回施到土壤中，要么在某些地区焚烧。澳大利亚的研究表明，可以每隔一年将修剪物从田间移除，而不会影响土壤健康。我的想法是，为什么不利用这些来制造高附加值薄膜呢？贾纳萨米之前使用的几种材料含水量高，相比之下，冬季修剪产生的是一种富含纤维素且含水量低的材料，使其成为丰富的理想研究材料。"
芬内尔的想法促成了合作，很快，贾纳萨米就开始从葡萄藤蔓中提取看起来几乎像棉花的纤维素。由此产生的薄膜令人眼界大开。
根据最近发表在学术期刊《可持续食品技术》上的一项研究，贾纳萨米研发的葡萄藤蔓薄膜透明且坚固，能在土壤中于17天内生物降解——且不留下任何有害残留物。
"包装薄膜的高透光性增强了产品可见度，使其对消费者更具吸引力，并便于在不开封的情况下进行质量检查，"贾纳萨米说。"这些薄膜在食品包装应用中展现出卓越潜力。"
这些葡萄藤蔓采自南达科他州立大学的研究葡萄园。研究团队包括博士生桑迪普·保德尔和苏米·雷格米，以及南达科他州立大学毕业生、普渡大学博士生萨贾尔·巴塔拉伊，他们遵循已发表的方案来开发薄膜，包括干燥和研磨藤蔓，并提取纤维素残留物。然后将残留物溶解并浇铸在玻璃板上以形成薄膜。
测试表明，从葡萄藤蔓提取物制得的薄膜在拉伸强度方面实际上比传统塑料袋更坚固。
"利用未被充分利用的葡萄藤修剪物作为包装薄膜的纤维素来源，加强了田间的废弃物管理，并应对了全球性的塑料污染问题，"贾纳萨米说。"从葡萄藤纤维素开发环保薄膜代表了一种实现可持续发展的实用方法，有助于保护环境及其资源，并为循环生物经济做出贡献。"
这项工作的成果使贾纳萨米距离实现其梦想——开发一种由类似塑料材料制成并能快速在环境中分解的袋子——更近了一步。
这项研究的资金由美国农业部国家食品与农业研究所和国家科学基金会提供。这篇原创报道由南达科他州立大学的艾迪生·德黑文撰写。