科学家将葡萄藤废料转化为透明坚固的薄膜，数日内可自然降解

目前，大多数包装材料都是"一次性使用"的塑料制品，这些材料源自石油等不可再生资源，在自然环境中需要数百年才能降解。更严重的是，仅有9%的塑料被回收利用。这导致海洋中形成了被称为"大太平洋垃圾带"的塑料垃圾漂浮群。

但更令人担忧的是环境中发现的微塑料和纳米塑料。最新研究表明，塑料会分解成微小颗粒，这些颗粒正被人类和动物摄入或吸入，几乎遍布每个角落——包括人体内部。更糟糕的是，人们对微塑料的长期健康影响知之甚少。

斯里尼瓦斯·贾纳斯瓦米是南达科他州立大学乳品与食品科学系的副教授。他的研究重点是通过生物废弃物和农业副产品开发高附加值产品。贾纳斯瓦米研究的核心目标之一就是解决塑料垃圾危机。

在美国，塑料垃圾的最大来源或许是零售商店使用的塑料袋。这些袋子虽然有时会被回收，但通常只使用一次，在环境中随处可见。

为解决这个问题，贾纳斯瓦米正在研发一种能在自然环境中降解的类塑料包装袋。

"这就是我的梦想，"贾纳斯瓦米说。

贾纳斯瓦米研究的关键成分？纤维素。这种生物聚合物是地球上最丰富的有机物质，主要存在于植物细胞壁中。凭借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共同赋予植物结构强度和刚性。

人类长期利用纤维素制造产品。全球大多数服装原料的棉花主要成分就是纤维素，木材也富含纤维素。

在先前研究中，贾纳斯瓦米从牛油果皮、豆壳、苜蓿、柳枝稷、咖啡渣、玉米芯和香蕉皮等农产品中提取纤维素。他用提取的纤维素开发出外观手感类似传统塑料包装的薄膜材料。

"通过从农产品中提取纤维素，可以创造高附加值产品，"贾纳斯瓦米说。

贾纳斯瓦米研发的每种薄膜都具有不同特性。有些透明度更高，有些强度更大。但与校内同事的特殊合作，让他可能创造了迄今为止最具附加值的产品。

葡萄藤蔓

当贾纳斯瓦米在南达科他州立大学"教师卓越成就展"上完成《农业生物质——解决塑料污染的圣杯》演讲后，农学、园艺与植物科学系杰出教授安妮·芬奈尔找到了他。

听完演讲，芬奈尔对这项研究产生兴趣并萌生想法。作为葡萄藤研究的权威专家，她深知葡萄藤蔓（葡萄生长的木质植物组织）富含纤维素，且采摘后大量剩余但利用率极低。

"我们每年都要修剪掉葡萄藤的大部分当年生物量，"芬奈尔说，"修剪下的藤蔓通常被粉碎还田、堆肥回土，或在某些地区直接焚烧。澳大利亚研究表明隔年移除修剪物不会影响土壤健康。我认为何不用来制作高附加值薄膜？贾纳斯瓦米先前使用的许多材料含水量高，而冬季修剪获得的材料纤维素密度高、含水量低，是理想的丰富原料。"

这个构想促成了合作。很快，贾纳斯瓦米就从葡萄藤蔓中提取出状如棉花的纤维素，制成的薄膜令人惊艳。

根据发表在《可持续食品技术》学术期刊的最新研究，这种葡萄藤薄膜透明度高、强度大，且在土壤中17天即可生物降解，不残留有害物质。

"包装薄膜的高透光率能提升产品可见度，既增强消费者吸引力，又便于不拆封质检，"贾纳斯瓦米说，"这些薄膜展现出食品包装应用的卓越潜力。"

研究使用的葡萄藤采自南达科他州立大学实验葡萄园。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、普渡大学博士生萨加尔·巴塔拉伊。他们遵循公开的工艺流程：将藤蔓干燥研磨后提取纤维素残留物，再溶解浇铸到玻璃板上成膜。

测试显示，就抗拉强度而言，葡萄藤薄膜实际强于传统塑料袋。

"利用未充分开发的葡萄藤修剪物作为纤维素来源，既能改善田间废弃物管理，又能应对全球塑料污染问题，"贾纳斯瓦米说，"开发葡萄藤纤维素环保薄膜是践行可持续发展的务实之举，有助于保护环境资源，推动循环生物经济发展。"

这项成果让贾纳斯瓦米距离"开发可快速自然降解的类塑料包装袋"梦想更近一步。

本研究由美国农业部国家食品与农业研究所和国家科学基金会资助。原文作者为南达科他州立大学艾迪生·德黑文。