Bananer är en av de mest populära och mest konsumerade frukterna i världen. De är också den fjärde mest odlade grödan i världen, med endast ris, vete och majs. Vad kan denna tropiska frukt ha att göra med att bekämpa den pågående plastavfallskrisen?
Mycket, potentiellt, enligt Srinivas Janaswamy, docent i livsmedelskemi vid South Dakota State Universitys Department of Dairy and Food Science. Hans studie, med titeln "Biodegradable packaging films from banana peel fiber" publicerades i tidskriften Sustainable Chemistry and Pharmacy .
"Många av oss konsumerar minst en banan om dagen," sa Janaswamy. "Efter att ha njutit av den läckra frukten kasserar vi skalet. Tänk om vi kunde hitta en användning för skalet som hjälper till att eliminera plastavfall?"
Under de senaste åren har Janaswamy forskat om hur olika jordbruksbiprodukter, som banan- och avokadoskal, kan användas för att skapa biologiskt nedbrytbara filmer - plastliknande förpackningsmaterial som kommer att sönderfalla i miljön. En av de största utmaningarna med petroleumbaserad plast – den vanligaste typen av plast – är dess brist på nedbrytning.
Till exempel kommer plastförpackningar, som plastpåsar, att ta upp till 20 år att bryta ner. Med väldigt lite plast som återvinns hamnar det mesta på soptippar eller skräpar ner i den större miljön, vilket skapar allvarliga hälso- och miljökonsekvenser. Att hitta ett plastliknande alternativ som bryts ner relativt snabbt skulle räcka långt för att bekämpa den pågående plastavfallskrisen.
"Sammantaget motiverar bristen på biologisk nedbrytbarhet av plast och dess effekter på människors hälsa och miljön saneringsåtgärder med ett livskraftigt alternativ", sa Janaswamy. "Bananskal sticker ut som ett lovande och billigt material."
Eftersom bananer är en av de mest odlade frukterna i världen skapar de en enorm mängd biprodukter. Runt om i världen producerar bananplantager cirka 220 ton rester per 2,5 hektar. Bananrester består av övervägande lignocellulosamaterial, nyckelingrediensen för att skapa biologiskt nedbrytbara filmer.
"Lignocellulosarester från bioavfall utmärker sig som ett lönsamt alternativ för att tillverka bioplast på grund av dess robusta struktur, biologiska nedbrytbarhet, låga densitet och icke-toxicitet," noterade Janaswamy.
Bananrester – skalet – går nästan alltid oanvänd, vilket gör det till en nästan perfekt biprodukt att använda för detta arbete.
"Varje år produceras nästan 36 miljoner ton bananskal, varav de flesta kasseras som avfall," sa Janaswamy. "Livsmedelsbearbetningsindustrin slänger en enorm mängd bananskal på deponier samtidigt som den tillverkar chips, mjöl, juice, sylt, barnmat och andra produkter gjorda av bananer. Att hitta en mer praktisk användning för bananskal är viktigt för att ge ekonomiska fördelar till jordbruket industri och förebyggande av miljöföroreningar."
Utöver detta har bananproduktionen ökat med 10 % mellan 2010 och 2020 och förväntas fortsätta växa under det kommande decenniet. Behovet av plastförpackningsmaterial förväntas också växa i takt med att efterfrågan på förpackade och bearbetade livsmedel ökar.
Kort sagt, ett miljövänligt plastliknande förpackningsmaterial är ett desperat behov. I en ny studie visade Janaswamy och Mominul Hoque, doktorandforskare vid SDSU, hur bananskal kan användas för att skapa biologiskt nedbrytbara filmer – något som en dag kan ersätta petroleumplast som det dominerande matförpackningsmaterialet.
Forskargruppen gjorde först de använda skalen till ett kli med hjälp av en mixer. Sedan, som Janaswamy och hans team tidigare hade gjort med avokadoskal, förbrukat kaffesump och switchgrass, extraherade de lignocellulosamaterialet med en kemisk behandlingsprocess. De extraherade fibrerna genomgick sedan blekning, destillering och behandling innan de preparerades till en film. Efter torkning testades filmens egenskaper.
"Filmer är starka och transparenta, och ännu viktigare, biologiskt nedbrytbara inom 30 dagar vid 21% markfuktighet," sa Janaswamy. "Fyndet öppnar nya möjligheter för bananskal och andra fruktbearbetningsbiprodukter vid design och utveckling av plastersättande biologiskt nedbrytbara förpackningar."
Transparens är en av de väsentliga egenskaperna hos filmer, eftersom konsumenter föredrar transparenta förpackningar för att bedöma ett livsmedels färskhet. De förberedda filmerna i denna studie var mer transparenta än tidigare filmer gjorda av olika biprodukter.
Värden förknippade med draghållfasthet och töjning kan användas för att förutsäga om en film kan bibehålla sin integritet som ett livsmedelsförpackningsmaterial. Som Janaswamy noterar är värdena förknippade med bananskalsfilmer högre än kommersiella livsmedelspåsar.
"Filmerna av bananskalfibrerna visar en draghållfasthet på mer än 30 MPa, vilket säkerligen skulle vara attraktivt för säckpåsar och relaterade förpackningsapplikationer", förklarade Janaswamy.
Sammantaget visar egenskaperna att bananskal kan vara ett livskraftigt material som används för att göra biologiskt nedbrytbara filmer.
"Vår forskning som involverar gröna och återvinningsbara kemikalier är en lovande ekonomisk och hållbar väg för att producera biologiskt nedbrytbara filmer för att ersätta petrokemisk plast och är därmed ett attraktivt bidrag till den cirkulära bioekonomin," tillade Janaswamy.
Ytterligare forskning kommer att försöka förbättra filmens flexibilitet och undersöka skalbarheten och kommersialiseringen av denna förberedelseprocess.
Mer information: Mominul Hoque et al, biologiskt nedbrytbara förpackningsfilmer från bananskalsfiber, Sustainable Chemistry and Pharmacy (2023). DOI:10.1016/j.scp.2023.101400
Tillhandahålls av South Dakota State University
