Plastik yerine deniz kabuğu
Yeni keşfedilen kitin* bileşenli bir madde, günümüzde yaygın biçimde kullanılan plastik ambalajların yerini almaya aday görünüyor. Araştırmacıların doğal bileşiklerle ürettiği madde, sağlam ve doğaya dost bir içeriğe sahip.
Belle Dumé
Georgia Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, gıda ve tüketim malları için kullanılan geleneksel plastik ambalajlar yerine, doğa dostu bir seçenek olabilecek ve iki doğal polimerden oluşan yeni bir madde geliştirdi. Yeni madde, kabuklu deniz hayvanlarında, böceklerde ve mantarlarda yaygın biçimde bulunan kitin maddesiyle beraber, yeryüzündeki en bol biyopolimer** madde olan selülozdan oluşan bir bileşik.
Selüloz doğrusal bir glikoz homopolimeri*** iken, kitin N-asetil glukozaminin bir doğrusal homopolimeridir. Nano-kristaller ve nano-elyaflar elde edilebilen her iki biyopolimer, bitki hücrelerinin ve kabuklu dış iskeletlerin katmanlı yapılarında bulunur. Selüloz nano-kristallerle nano-elyaflar ve kitin nano-liflerle nano-elyaflar, yüksek bir Young modülüne (maddenin kuvvet altında esneyerek şekil değiştirme ölçüsü) ve gerilim direncine sahiptir ve oksijen de dahil olmak üzere çoğu gaz için sağlam bir engelleyici işlevi görür.
Yengeç kabuklarından ve odun hamurundan üretilen madde, esnek plastik ambalajların yerine kullanılabilir.
Carson Meredith'in liderliğindeki araştırma ekibi, -sırasıyla negatif ve pozitif yüklü olan- selüloz nano-kristalleri (CNC'ler) ve kitin nano-elyafları (ChNF’ler) su içerisinde (eritmeden) bekleterek, iki biyopolimerden oluşan katmanlar üretti. Daha sonra, bunları, farklı katmanlar halinde birleştirilebilir bir alt tabaka üzerine püskürttüler. Üretim tekniği, geniş ölçekli püskürtme yöntemine uygundu.
OKSİJEN GEÇİRGENLİĞİ YÜZDE 67 AZALTILDI
Meredith ve meslektaşları, ürettikleri maddenin, hâlihazırda şeffaf gıda ambalajlarında kullanılan ve en yaygın plastik ham maddelerinden olan bazı polietilen (PET) türleriyle kıyaslandığında, oksijen geçirgenliğinde yüzde 67’ye ulaşan bir düşüş gözlemlendiğini keşfetti. Bu buluş, nano-elyafların kristal yapısından kaynaklanıyor ve araştırmacılar, teorik olarak, gıdaların daha uzun süre taze tutulabileceğini söylüyorlar. En az geçirgenliğe sahip olan bileşikler, üç farklı (ChNF-CNC-ChNF) tabakadan üretiliyor.
Meredith, “Bir gaz molekülünün katı bir kristalin yapısına nüfuz etmesi çok güçtür; çünkü kristalin yapısını bozması gerekir,” diyor. “Öte yandan, PET gibi bir şey büyük miktarda biçimsiz ya da kristal olmayan içeriğe sahiptir, bu nedenle (içeriğinde) daha fazla boşluk bulunur ve küçük bir gaz molekülünün burada kendine yol bulması daha kolaydır.”
Gene de mesele o kadar kolay değil. Araştırmacılar, bundan sonraki aşamada artık bu malzemenin geleneksel ambalaj malzemeleriyle rekabet edebilecek biçimde üretilmesine olanak veren bir teknik geliştirmeleri gerektiğini belirtiyorlar. Meredith, “Dahası, selülozun kitlesel üretim yöntemlerine ilişkin endüstriyel süreç olgunlaşırken, kitin üretim yöntemleri şimdilik emekleme aşamasında,” diyor. “Ayrıca, malzemenin suyun buharlaşmasını engelleme kapasitesinin geliştirilmesi için artırmak için daha fazla araştırma yapılması gerekiyor.”
Bir başka önemli nokta da şu, Meredith'in Physics World dergisine söylediği kadarıyla, “Toprak, kaba tozlar, selüloz ve kitin gibi malzemeler, ABD Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) nezdinde genelde güvenilir (GRAS) bir konuma sahip ve gıda katkı maddeleri olarak kullanılabilirler. Bununla birlikte, bazı insanlar, kabuklu deniz hayvanlarından elde edilen bir maddenin, kabuklu deniz hayvanlarına karşı hassas olan kişilerde alerjiye yol açıp açmayacağını sorguluyor. Önerdiğimiz ambalajlarda, alışıldık bir kabuklu deniz hayvanı alerjisi tepkisi mümkün görünmüyor; zira, kitin çok yüksek oranda arıtılmış durumda. Yanı sıra, saflaştırılmış haldeki kitin ya da selüloz liflerinin ambalajdan ayrışıp ayrışmayacağı ve bunların bir alerjiyi tetikleyip tetiklemeyeceği sorusu da ele alınmalı.”
*Kitin; böcek ve örümcek gibi karada yaşayan birçok eklem bacaklı hayvanın dış iskeletine sertlik veren bir karbonhidrat formu.
**Polimer; yapısında birçok molekülün tek bir molekül durumunda bulunduğu bileşik madde. Biyopolimer; yaşayan organizmalarca üretilen, protein, nükleik asit, polisakarit benzeri polimerlerin genel adı.
***Homopolimer; Polimerler yapısal olarak kabaca homopolimerler ve kopolimerler olarak sınıflandırılır. Homopolimer tek bir tür monomerle, kopolimer iki veya daha fazla türde monomerle üretilen polimerler olarak sınıflandırılır.
Yazının aslı Physics World (Çeviren: Tarkan Tufan)