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已获取一种从大豆蛋白中衍生的生物塑料,能够吸收其重量的40倍

塞维利亚大学和韦尔瓦大学的研究人员正在测试这种新

University of Seville

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IMAGE: Researchers from the group 'Technology and design of multi-component products' at the University of Seville. view more 

Credit: University of Seville

塞维利亚大学的“多成分产品的技术和设计”研究小组,和来自韦尔瓦大学的专家们一起,已经从大豆蛋白中获取了一种天然生物塑料,该塑料可以吸收其重量的四十倍。 这种生态的和可生物降解的新产品,对环境非常友好。因此,专家们正在探讨其在园艺领域的应用,特别是以它为原材料,生产农业营养素的施肥器。

当研究员们开始这项工作时,就已实现的另一个目标是,得到了一种材料可以代替用合成聚合物制成的塑料。现在正在使用的健康和卫生用品,如尿布和卫生巾等就是使用了此类塑料。这样就能减少人工聚合物的使用,并开始使用另一种完全地融入环境的可生物降解的材料。

为了实现发表在杂志《聚合物测试》(Polymer testing)上的论文《基于功能化大豆蛋白的超吸收性天然塑料材料》(Natural superabsorbent plastic materials based on a functionalized soy protein )中的材料设计,研究人员在实验室中通过改变这个豆科植物的成分,已经进行了各种不同的实验。这项工作在功能鉴定研究服务所(Servicio General de Investigación de Caracterización Funcional)的合作下顺利进行。该机构位于塞维利亚研究、技术和创新中心里(CITIUS)。

具体来说,他们修改了该物质对于水的亲和力,并已成功地保留了液体的高比例。“大豆本身具有很高的吸收能力,这使它成为一种理想的材料。然而,我们考虑过大豆是否适用多种高吸收性的生物塑料,这些塑料都必须可吸收它真正重量的10倍到1000倍的水。在引入一些变量之后,我们发现结论是积极的。”这项研究的负责人,塞维利亚大学研究员安东尼奥-格雷罗(Antonio Guerrero)表明。

在测试过程中,专家们发现,根据处理的不同和混合物构成不同,大豆的吸收特性也改变了。格雷罗明确指出,“没有改变其构成的干扰项,这种豆类能够吸收其重量12倍的水,而如果我们修改它的分子结构,以增加其对水的亲和力,它的这种能力会乘以3达到其原先重量的36倍,也就是说,比其实际重量同比增长3600%。”

为了实验顺利进行,首先他们已经将大豆进行处理,以提取蛋白。为了将液体部分从固体化合物中分离,这些科学家们采用了冻干的方法。他继续表明,“这种方法更加温和,没有粉末化那么激烈。采用这种方法,实际上不会损害到蛋白质。这样我们就将原材料和我们将要研究的材料分离开来了。”

在脱水过程之后,专家们将已经修改了的分离好的蛋白化合物和增塑剂混合。“我们得到了一个蛋白质的固体浓缩物,一旦此混合物准备好,我们就将其导入一个注射机器中,使它沉积在一个模具中。从中获得我们将用来进行测试的测试样本。”研究员解释道。

营养的有机输送者

除了展现出一种强于其他传统生物塑料的吸收能力,研究人员还提出,这种化合物在园艺上的应用上,具有潜在的特性,特别是作为农业营养素的施肥器。

事实上,该项目的下一阶段就是探索通过从超吸收大豆中形成的天然施肥器来释放这些营养素到农田里的可行性。为此,将在实验室中模拟真正土壤环境,放置些装有微量营养素如矿物盐、铁和锌的样本,往样本中一直加入水。

这样一来,将可以验证在排水阶段之后,即这些施肥机产生效果之后,水中是否含有营养物质以及含有多少量。“我们想确保可以制造一个根据土壤需求可控制和调节的供给。此外,作为一个由大豆蛋白制成的生物可降解塑料,其容器本身,一旦空了,将作为底土层为土壤服务。”格雷罗说。

沿着这项研究的原方向,研究人员将继续试验其他产品,如油菜籽或棉花这些可以获取高吸水性材料从而应用到医疗卫生工业和农业中的产品。

这项应用性研究项目是由国家经济、工业和竞争部门资助,此外还有FEDER基金。

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