Fermentarea este un proces de descompunere biochimică, foarte adesea fără oxigen, a compușilor organici, care are loc cu participarea enzimelor. Produsele finale ale acestui proces sunt compuși organici și anorganici mai simpli, precum și energie. Fermentarea este un proces asemănător cu respirația; De exemplu, metabolismul bacteriilor se bazează pe acesta este principalul mijloc de obținere a energiei necesare vieții în bacterii și diverse ciuperci adaptate să trăiască în absența oxigenului. Fermentația este un tip de fermentație în care enzimele sunt produse exclusiv de microorganisme.
Tipuri de fermentație.
Microorganismele pot fermenta mulți compuși diferiți, inclusiv zaharuri, acizi grași și aminoacizi, iar în fiecare caz procesul este ușor diferit. Fermentarea zaharurilor are loc cel mai des. Ca urmare a fermentației, se formează diverse produse- de exemplu, alcooli sau acid lactic - prin urmare, în special, se disting fermentațiile alcoolice, acid acetic, acid butiric și acid lactic.
Cum se întâmplă asta?
Ca urmare a fermentației zaharurilor, zaharurile simple (glucoză, fructoză) sau complexe (maltoză, zaharoză, lactoză) se descompun în alcool etilic și monoxid de carbon. Procesul are loc cu participarea drojdiei, mai precis a zimazei (un grup de enzime secretate de drojdie). Pe lângă fermentația alcoolică, fermentația acidului lactic este foarte frecventă, având ca rezultat formarea acidului lactic. În timpul fermentației cu acid acetic, la rândul lor, alcoolii sunt oxidați în acid acetic, dar nu implică drojdii, ci bacterii speciale (familia Acetobacter). În timpul fermentației se formează și alte produse, dar în toate cazurile se eliberează energie.
Utilizarea fermentației și fermentației.
Fenomenul de fermentație este utilizat pe scară largă în industria alimentară, vinului, berii și alcoolului. Fermentarea vinului - adică fermentarea zaharurilor găsite în struguri și alte fructe - este folosită pentru a produce vin. Proprietățile fermentative ale drojdiei și-au găsit aplicație în coacere, deoarece dioxidul de carbon (dioxid de carbon) pe care îl produc face ca aluatul să „crească”. Fermentația acetică este folosită la producerea oțetului. Fermentarea proteinelor este larg răspândită în natură, favorizând descompunerea reziduurilor organice; Fermentarea acidului butiric este folosită în industrie pentru a produce acid butiric. Fermentarea acidului lactic este utilizată, de exemplu, pentru producerea de produse cu acid lactic și pentru murarea legumelor. În plus, acidul lactic este folosit în bronzare și vopsire.
Știi că:
- Datorită fermentației acidului lactic avem chefir.
- Biologii consideră că fermentația este cel mai vechi tip de metabolism. Este probabil ca primele organisme să obțină energie chiar prin acest proces - la urma urmei, la vremea aceea nu exista oxigen în atmosfera pământului.
- Murăturile sunt, de asemenea, un produs al proceselor de fermentație.
- Când mușchii lucrează, aceștia trec și printr-un proces de fermentație - descompunerea glucozei cu eliberare de energie, în stadiul intermediar al căruia se formează acidul lactic. În caz de lipsă de oxigen, acidul lactic nu se descompune, ci se acumulează în mușchi, iritând terminațiile nervoase și determinând o persoană să se simtă obosită.
- Fenomenul de fermentație alcoolică este utilizat în industria alimentară. Vinurile sunt făcute din struguri fermentați (sau alte fructe de pădure și fructe).
Utilizare: industrie microbiologică și alimentară. Esența invenției: O metodă pentru inhibarea creșterii bacteriilor în mediile de fermentație alcoolică este realizată prin adăugarea unui antibiotic ionofor poliester la mediul de fermentație la o concentrație de 0,3-3,0 părți per milion. 2 formulare de salariu, 2 tabele, 2 ilustrații.
Invenţia se referă la o metodă pentru inhibarea creşterii bacteriilor în mediile de fermentaţie alcoolică. Se ştie că instalaţiile de fermentaţie alcoolică nu funcţionează în condiţii sterile şi de aceea pot conţine populaţii bacteriene care ating concentraţii de 10 4 până la 10 6 microorganisme/ml, iar în cazuri extreme chiar mai mult. Aceste microorganisme pot aparține familiei acidului lactic, dar pot include și alte tipuri de microorganisme precum streptococ, bacil, pediococ, clostridium sau leuconostoc (vezi Tabelul 1). Toate aceste bacterii au capacitatea de a forma acizi organici. Dacă concentrația de bacterii în populație depășește 10 6 microorganisme/ml, formarea acizilor organici poate atinge un nivel semnificativ. La concentrații de peste 1 g/L, astfel de acizi organici pot inhiba creșterea și fermentația drojdiei și pot duce la o reducere a productivității plantelor cu 10-20% sau mai mult. În unele materii prime, cum ar fi vinul, cidrul sau produsele lor, astfel de bacterii pot, de asemenea, transforma glicerolul în acroleină, care este un compus cancerigen găsit în produsul alcoolic final destinat consumului uman. Astfel, pentru a preveni efectele negative cauzate de creșterea excesivă a bacteriilor în mediul de fermentație, sunt necesare metode bacteriostatice și/sau bactericide care să nu afecteze negativ procesul de fermentație. Este cunoscută utilizarea antibioticelor în acest scop, cum ar fi penicilina, lactocidul, nisina, care sunt introduse în mediile de fermentație, în special din melasă, amidon și cereale în producția de alcool (1). Dezavantajul unor astfel de metode este fie activitatea scăzută a antibioticului, fie faptul că unele antibiotice (penicilina) duc la formarea de tulpini mutante rezistente la acțiunea antibioticului. Obiectivul invenţiei este de a elimina aceste dezavantaje. Această problemă este rezolvată prin metoda propusă, conform căreia se introduce în mediul de fermentație un antibiotic poliester ionofor al unui agent bacteriostatic sau bactericid. Metoda prezentei invenții poate fi utilizată cu o gamă largă de medii de fermentare, incluzând suc de sfeclă de zahăr, suc de trestie de zahăr, melasă diluată de sfeclă de zahăr, melasă diluată de trestie de zahăr, hidrolizat de cereale (de exemplu porumb sau grâu), hidrolizat de tuberculi de amidon (cum ar fi ca cartofi sau anghinare), vin, produse secundare ale vinului, cidru și produse secundare ale acestuia. Prin urmare, orice materiale care conțin amidon sau zahăr care pot fi fermentate de drojdie pentru a produce alcool (etanol) pot fi utilizate în conformitate cu prezenta invenție. Controlul rezultat al bacteriilor sau reduce foarte mult problemele cauzate de prezenta bacteriilor si a acizilor organici pe care ii produc. Polieterionoforii care pot fi utilizați în prezenta invenție nu au un efect negativ asupra drojdiei (saccharomices sp.) și asupra procesului de fermentație. Antibioticele poliester ionofore care pot fi utilizate în prezenta invenţie sunt orice antibiotice care nu au un efect semnificativ asupra drojdiei şi care au un efect bacteriostatic şi/sau bactericid asupra bacteriilor producătoare de acid organic în mediul de fermentaţie. Cele mai utile în prezenta invenţie sunt antibioticele care sunt eficiente împotriva bacteriilor enumerate în tabel. 1 (vezi mai sus). Antibioticele poliester ionofore preferate sunt monensin, lasalozid, salinomicina, narasin, maduramicin și semduramicin. Monensinul, lasalozidul și salinomicina sunt mai preferate, cu toate acestea, antibioticul cel mai preferat este monensin. Mediile de fermentare care pot fi procesate eficient prin metoda prezentei invenții includ materii prime cum ar fi, de exemplu, suc de sfeclă de zahăr, suc de trestie de zahăr, melasă diluată de sfeclă de zahăr, melasă diluată de trestie de zahăr, cereale hidrolizate (de exemplu, porumb sau grâu). ), tuberculi de amidon hidrolizați (de exemplu, cartofi sau topinambur), vin, subproduse vin, cidru și produse secundare din producția acestuia. Prin urmare, orice materiale care conțin amidon sau zahăr care pot fi fermentate de drojdie pentru a produce alcool (etanol) pot fi utilizate în conformitate cu prezenta invenție. Antibioticele polieterionofore sunt compuși foarte stabili. Nu se descompun ușor în timp sau la temperaturi ridicate. Acest lucru este important pentru instalațiile de fermentație deoarece: 1. rămân active timp de multe zile în condiții normale de funcționare a instalației de fermentație; 2. rămân active la temperaturi ridicate care apar în timpul hidrolizei enzimatice premergătoare fermentației cerealelor sau tuberculilor (de exemplu, 2 ore la 90 o C sau 1,5 ore la 100 o C). Acești compuși sunt disponibili comercial și furnizați de companiile farmaceutice. Au fost efectuate experimente cu diferite antibiotice polieterionofore, cum ar fi monensin, lasalozid și salinomicină, folosind materii prime de fermentație pe bază de melasă de sfeclă de zahăr. Experimentele au confirmat existența unor concentrații bacteriostatice sau bactericide care variază între aproximativ 0,5 și 1,5 ppm. În condiții bacteriostatice, creșterea populației bacteriene se oprește și se poate constata că conținutul de acid organic al populației nu crește. La concentrații bactericide, populația bacteriană scade și, prin urmare, concentrația de acizi organici nu crește. Conform metodei prezentei invenţii, în mediul de fermentaţie este introdusă o cantitate eficientă bacteriostatică sau bactericidă din cel puţin un antibiotic polieterionofor. De preferinţă, cel puţin un antibiotic polieterionofor este adăugat la mediul de fermentaţie la o concentraţie de aproximativ 0,3 până la 3 ppm. în varianta cea mai preferată, concentraţia de antibiotic polieter ionofor este de la aproximativ 0,5 până la 1,5 ppm. Ionoforul de poliester conform invenţiei previne sau inhibă dezvoltarea bacteriilor în mediul de fermentaţie fără a afecta drojdia la concentraţii de până la 100 ppm. Flora bacteriană poate fi menținută la o concentrație de 10 4 microorganisme/ml și mai mică, ceea ce duce la o încetare aproape completă a formării acizilor organici. Prin urmare, bacteriile nu pot reduce fermentația alcoolică într-o măsură semnificativă. În aceste condiții, bacteriile de obicei nu contribuie la formarea acroleinei. La concentrații de aproximativ 0,5 ppm, antibioticul are un efect bactericid și, prin urmare, face posibilă obținerea unui număr redus de bacterii. În fig. Figura 1 prezintă o scădere a populației bacteriene în melasă diluată după adăugarea de monensin; în fig. 2 - efectul monensinului asupra populației bacteriene într-un proces de fermentație continuă într-o fabrică industrială. Exemplul 1. Efectul monensinului asupra concentrației de Lachobacillus buchneri. La melasa diluată de sfeclă de zahăr se adaugă monensin în diferite concentrații și se măsoară aciditatea și concentrația microorganismelor. Rezultatele obţinute sunt prezentate în tabel. 2. Exemplul 2. Stabilitatea și efectul bactericid al monensinului în sucul de melasă. Monensin se adaugă la sucul de melasă diluat care conține 106 microorganisme/ml la o concentrație de 1 parte per milion. Figura 1 prezintă o scădere a populației bacteriene după 20 de zile la o temperatură de 33 o C. Nu s-a observat reluarea creșterii bacteriene. Aceste date arată că monensinul rămâne activ timp de 20 de zile la 33°C în condiții normale de funcționare a instalației de fermentație. Exemplul 3: Utilizarea industrială a monensinului. Un alt exemplu al prezentei invenţii este prezentat în fig. Se referă la o instalație de fermentare a alcoolului care funcționează continuu. Mediul de fermentare este melasa ce contine 14% zahar (aproximativ 300 g/l). Debitul este de 40-50 m 3 /h, temperatura este de 33 o C. In a 7-a zi contaminarea cu microorganisme depaseste 10 6 microorganisme/ml. În ziua 8, tratamentul începe prin introducerea unei cantități active de monensin (dizolvat în etanol) în aparatul de fermentare. Această concentrație de monensin este menținută timp de 24 de ore prin introducerea de material de îmbogățire care conține monensin la aceeași concentrație. În ziua 9, adăugarea de monensin la materia primă este oprită. Imediat după începerea tratamentului, populația bacteriană începe să scadă rapid. Această scădere continuă până în a 10-a zi, adică în 24 de ore de la terminarea tratamentului. În această etapă, monensinul este spălat din mediul de fermentație și creșterea bacteriană se reia încet. Este controlabil în următoarele 15 zile, însă acest lucru se datorează nivelului redus de contaminare după tratament.
Revendicare
1. O metodă de inhibare a creșterii bacteriilor în mediul de fermentație al alcoolului prin adăugarea unui antibiotic la mediul de fermentație, caracterizată prin aceea că este utilizat ca antibiotic un antibiotic ionofor poliester. 2. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că la mediul de fermentare se adaugă un antibiotic poliester ionofor la o concentraţie de 0,3 până la 3,0 ppm. 3. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că antibioticul se adaugă într-un mediu de fermentaţie pe bază de suc sau melasă de sfeclă de zahăr sau trestie de zahăr, sau hidrolizat de amidon din cereale sau tuberculi, sau medii de vinificaţie sau cidru.
Una dintre etapele preparării celei mai frecvente băuturi este fermentarea ceaiului. Tipul de ceai obtinut, gustul si caracteristicile acestuia depind de gradul de fermentatie. caracteristici benefice. Acesta este un proces chimic destul de complex care asigură cea mai mare parte a transformărilor care apar cu frunzele de ceai după cules.
Ce este fermentația
Fermentarea este a treia etapă a procesării frunzelor de ceai după ofilire și rulare. Ca urmare a ondulației, celulele frunzelor sunt perturbate și încep să fie eliberate enzime specifice de ceai și polifenoli. În timpul oxidării lor, se formează teaflavine și thearubigine, care oferă nuanța familiară brun-roșcată a infuziei de ceai.
Într-un mod simplificat, acest proces poate fi explicat după cum urmează: ca urmare a distrugerii celulelor frunzelor, sucul acestora este eliberat. Când sunt asigurate condiții de temperatură adecvate, începe să fermenteze, iar frunzele de ceai sunt fermentate în propriul suc.
Prin modificarea duratei procedurii de fermentare a ceaiului și a gradului de prăjire a frunzelor, puteți obține diferite varietăți ale acestei băuturi. Ele sunt împărțite în mod convențional în mai multe grupuri:
- ceai nefermentat;
- ușor de fermentat;
- ceai mediu fermentat;
- ceai complet fermentat.
Procesul de fermentare
Frunzele pregătite sunt plasate în camere întunecate, cu o temperatură stabilă a aerului de 15 până la 29 de grade și umiditate ridicată (aproximativ 90%). Aceste condiții sunt considerate ideale pentru începerea fermentației, deși sunt foarte greu de obținut în zonele de cultivare a ceaiului.
Pentru a începe fermentarea, frunzele de ceai sunt așezate pe suprafețe din lemn sau aluminiu special tratate, care nu vor reacționa cu fenolii de ceai, într-un strat nu mai gros de 10 cm.
Durata procesului este determinată de rezultatul dorit și de câțiva indicatori suplimentari:
- Temperatura frunzelor după ondulare.
- Conținutul de umiditate al frunzelor după ofilire.
- Nivelul de umiditate a aerului din camera în care are loc fermentația.
- Calitatea ventilației sale.
De obicei, acest proces poate dura de la 45 de minute la 5 ore, timp în care frunzele se vor întuneca și își vor schimba aroma. Opriți fermentația imediat după ce frunzele capătă un miros caracteristic de ceai, variind de la floral sau fructat la nuc și picant.
În fermentația industrială, frunzele de ceai sunt întinse pe un transportor care se deplasează încet spre uscător, intrând în acesta la un moment stabilit. Cu metoda manuală, este nevoie de un specialist separat care va monitoriza procesul, verificând gradul de „pregătire” a ceaiului pentru a-l opri la timp.
Cum să opriți procesul de fermentație
Singura modalitate de a opri fermentarea frunzelor este să le uscați la temperaturi ridicate. Dacă fermentația nu este oprită la timp, procesul de fermentație va continua până când frunzele putrezesc și devin mucegai.
Uscarea necesită, de asemenea, o îngrijire specială, deoarece ceaiul neuscat se poate deteriora rapid după ambalare. Dacă uscați prea mult ceaiul, acesta se va carboniza și va deveni neplăcut. gust de ars. Ceaiul perfect uscat conține doar 2-5% umiditate.
Inițial, frunzele erau uscate pe foi mari de copt sau pe tigăi cu foc deschis, ceea ce înseamnă că ceaiul fermentat a fost prăjit. În astfel de condiții, a fost destul de dificil să se obțină gradul corect de uscare.
De la sfârșitul secolului al XIX-lea, cuptoarele au fost folosite în aceste scopuri, care permit temperaturi ridicate de uscare - până la 120-150 de grade Celsius, reducându-și astfel timpul la 15-20 de minute. Cuptoarele sunt dotate și cu suflare de aer, ceea ce îmbunătățește și calitatea procesului.
În timpul procesului de uscare, frunzele sunt expuse fluxului de aer cald, sucului pe care îl secretă și Uleiuri esentiale parcă „copt” la suprafața fiecărei frunze de ceai, dobândind capacitatea de a-și păstra proprietățile benefice pentru o perioadă destul de lungă. Desigur, sub rezerva depozitării corespunzătoare. Extragerea acestor proprietăți benefice este destul de simplă - doar preparați frunzele apa fierbinte.
Important! Una dintre principalele condiții uscare adecvată este răcirea rapidă a materiei prime finite. Dacă nu se face acest lucru, frunzele se pot „găti prea mult” pe foaia de copt chiar și după scoaterea din cuptor sau pot începe să mocnească.
Caracteristici ale fermentației diferitelor tipuri de ceai
Cele mai cunoscute ceaiuri indiene sau chinezești sunt făcute din frunzele aceleiași plante, Camellia Sinensis. Culoare variată iar aroma provine din gradul de fermentare si prajire. Fiecare tip de ceai are anumite recomandări de preparare (în special temperatura apei):
Respectarea acestor cerințe permite ca calitățile gustative și aromatice ale fiecărui tip de ceai să fie dezvăluite cât mai complet posibil.
Ceai nefermentat sau ușor fermentat
Ceaiurile din acest grup sar peste etapa de fermentație în producția lor, ceea ce le permite să-și păstreze aroma originală de plante și gustul ierburilor proaspete.
În această categorie sunt incluse ceaiurile albe, care se usucă imediat după ofilire, și ceaiurile verzi, care după ofilire se usucă parțial, apoi frunzele se rulează și se usucă complet.
Cele mai multe dintre aceste ceaiuri sunt uscate prin prăjirea frunzelor, deși unele soiuri sunt tratate cu abur fierbinte.
Soiuri de ceai care aparțin acestei categorii:
- Sencha;
- Pi Lo Chu;
- Zidul Dragonului;
- Verde iasomie.
De regulă, acele soiuri de ceai care au suferit cea mai slabă fermentație sunt aromate cu iasomie.
Ceai cu fermentație medie
Frunzele acestor soiuri sunt parțial fermentate - de la 10 la 80%. Întrucât această răspândire este destul de mare, în cadrul acestei categorii există o clasificare suplimentară care unește soiurile de ceai în funcție de gradul de oxidare de la 10% la 20%, de la 20% la 50% și de la 50% la 80%.
În orice caz, toate soiurile acestui tip de ceai, atunci când sunt preparate, dau un galben gros sau culoarea maroși au o aromă bogată, dar subtilă. Aceasta include unele soiuri de ceai verde și majoritatea ceaiurilor oolong.
Ceai cu fermentație completă
Această categorie include varietăți de ceai chinezesc negru și roșu care au trecut prin procesul complet de fermentare. Când sunt preparate, frunzele lor formează o infuzie de culoare rubin bogat, roșu sau maro închis, cu o aromă bogată și groasă.
Ceai post-fermentat
Unele ceaiuri suferă așa-numita fermentație dublă: la un moment dat acest proces este întrerupt și apoi reluat. Pu-erh este considerat un exemplu clasic de astfel de procesare.
Fermentarea la domiciliu
În ciuda faptului că fermentarea ceaiului este un proces chimic complex, se poate face acasă, pregătindu-ți propriul ceai, de exemplu, din frunze de iarbă de foc sau de coacăz.
Procesul de fermentație la domiciliu nu este mult diferit de fermentația industrială, cu excepția volumului de materii prime. Principalele etape ale creării propriului ceai:
- Colectarea de materii prime (frunze si flori de fireweed, coacaze, zmeura);
- Pregătirea acestuia (materiile prime pot fi tăiate, răsucite, frământate manual, trecute printr-o mașină de tocat carne, rulate cu un sucitor de lemn. Scopul principal este distrugerea structurii pentru a elibera sucul).
- Fermentaţie.
- Uscare.
- Pachet.
Pentru a preveni fermentarea materiei prime, se amestecă periodic și țesătura este umezită. După ce fermentația este completă, ceaiul verde este uscat într-un loc întunecat. natural. Negrul va necesita uscare activă în cuptor cu amestecare constantă.
Fermentarea este etapa principală a preparării ceaiului, care determină viitorul acestuia calități gustative si aroma. Chitanță rezultatul dorit necesită multă atenție și aderență atentă la procedură, dar fermentarea frunzelor pentru ceai se poate face chiar și acasă.
Fermentarea ceaiului folosind oolong ca exemplu:
Toate materialele de pe site sunt prezentate doar în scop informativ. Înainte de a utiliza orice produs, consultarea medicului este OBLIGATORIE!
Biopolimeri
Informații generale
Există două tipuri principale de biopolimeri: polimeri care provin din organisme vii și polimeri care provin din resurse regenerabile, dar necesită polimerizare. Ambele tipuri sunt folosite pentru a produce bioplastice. Biopolimerii, prezenți sau creați de organismele vii, conțin hidrocarburi și proteine (proteine). Ele pot fi utilizate în producția de materiale plastice în scopuri comerciale. Exemplele includ:
Biopolimeri existenți/creați în organismele vii
Biopolimer | Sursă naturală | Caracteristică |
| Poliesterii | Bacterii | Acești poliesteri sunt produși prin reacții chimice naturale produse de anumite tipuri de bacterii. |
| Amidon | Cereale, cartofi, grâu etc. | Acest polimer este una dintre modalitățile de stocare a hidrocarburilor în țesuturile plantelor. Este format din glucoză. Este absent în țesuturile animale. |
| Celuloză | Lemn, bumbac, cereale, grâu etc. | Acest polimer constă din glucoză. Este componenta principală a membranei celulare. |
| Proteină din soia | Boabe de soia | Proteine găsite în plantele de soia. |
Moleculele din resurse naturale regenerabile pot fi polimerizate pentru a fi utilizate în producția de materiale plastice biodegradabile.
Mâncând Surse naturale polimerizabile în materiale plastice
Biopolimer | Sursă naturală | Caracteristică |
| Acid lactic | Sfecla, cereale, cartofi etc. | Produs prin fermentarea materiilor prime care conțin zahăr, cum ar fi sfecla, și procesarea amidonului din cereale, cartofi sau alte surse de amidon. Polimerizează pentru a produce acid polilactic, un polimer utilizat în producția de materiale plastice. |
| Trigliceridele | Uleiuri vegetale | Ele formează majoritatea lipidelor care alcătuiesc toate celulele vegetale și animale. Uleiurile vegetale sunt o posibilă sursă de trigliceride care pot fi polimerizate în materiale plastice. |
Sunt utilizate două metode pentru a produce materiale plastice din plante. Prima metodă se bazează pe fermentație, iar a doua folosește planta însăși pentru a produce plastic.
Fermentaţie
Procesul de fermentație folosește microorganisme pentru a descompune materia organică în absența oxigenului. Procesele convenționale moderne folosesc microorganisme modificate genetic special concepute pentru condițiile în care are loc fermentația și o substanță descompusă de microorganism. În prezent, există două abordări pentru crearea de biopolimeri și bioplastice:
- Fermentarea poliesterului bacterian: Fermentarea implică bacteria ralstonia eutropha, care utilizează zaharurile plantelor recoltate, cum ar fi cerealele, pentru a alimenta propriile procese celulare. Un produs secundar al unor astfel de procese este un biopolimer poliester, care este ulterior extras din celulele bacteriene.
- Fermentația acidului lactic: Acidul lactic este produs prin fermentarea zahărului, la fel ca procesul utilizat pentru a produce direct polimeri de poliester folosind bacterii. Cu toate acestea, în acest proces de fermentație, produsul secundar este acidul lactic, care este apoi procesat prin polimerizare tradițională pentru a produce acid polilactic (PLA).
Materiale plastice din plante
Plantele au un mare potențial de a deveni fabrici de plastic. Acest potențial poate fi maximizat prin genomică. Genele rezultate pot fi introduse în cereale, folosind tehnologii care permit dezvoltarea de noi materiale plastice cu proprietăți unice. Această inginerie genetică a oferit oamenilor de știință oportunitatea de a crea planta Arabidopsis thaliana. Conține enzime pe care bacteriile le folosesc pentru a face plastic. Bacteriile creează plastic prin conversie lumina soareluiîn energie. Oamenii de știință au transferat gena care codifică această enzimă într-o plantă, permițând proceselor celulare ale plantei să producă plastic. După recoltare, plasticul este eliberat din plantă folosind un solvent. Lichidul rezultat din acest proces este distilat pentru a separa solventul de plasticul rezultat.
Piața de biopolimeri
Reducerea decalajului dintre polimerii sintetici și biopolimeri
Aproximativ 99% din toate materialele plastice sunt produse sau derivate din surse majore de energie neregenerabile, inclusiv gaze naturale, nafta, țiței și cărbune, care sunt utilizate în producția de materiale plastice atât ca materie primă, cât și ca sursă de energie. La un moment dat, materialele agricole erau considerate o materie primă alternativă pentru producția de materiale plastice, dar de mai bine de un deceniu nu au îndeplinit așteptările dezvoltatorilor. Principalul obstacol în calea utilizării materialelor plastice din materii prime agricole a fost costul și funcționalitatea limitată a acestora (sensibilitatea produselor din amidon la umiditate, fragilitatea polihidroxibutiratului), precum și lipsa flexibilității în producția de materiale plastice specializate.
Emisii de CO2 proiectate
O combinație de factori, creșterea prețurilor petrolului, interesul sporit la nivel mondial pentru resursele regenerabile, îngrijorările tot mai mari cu privire la emisiile de gaze cu efect de seră și concentrarea sporită asupra gestionării deșeurilor au reînnoit interesul pentru biopolimeri și modalitățile eficiente de producere a acestora. Noile tehnologii pentru cultivarea și prelucrarea plantelor reduc diferența de cost între bioplastice și materiale plastice sintetice, precum și îmbunătățesc proprietățile materialelor (de exemplu, Biomer dezvoltă clase PHB (polihidroxibutirat) cu rezistență crescută la topire pentru filmele de extrudare). Preocupările tot mai mari de mediu și stimulentele legislative, în special în Uniunea Europeană, au stimulat interesul pentru materialele plastice biodegradabile. De asemenea, implementarea principiilor Protocolului de la Kyoto ne obligă să acordăm o atenție deosebită eficacității comparative a biopolimerilor și materialelor sintetice în ceea ce privește consumul de energie și emisiile de CO2. (În conformitate cu Protocolul de la Kyoto, Comunitatea Europeană se angajează să reducă emisiile de gaze cu efect de seră în atmosferă cu 8% în perioada 2008-2012 față de nivelurile din 1990, iar Japonia se angajează să reducă aceste emisii cu 6%).
Se estimează că materialele plastice pe bază de amidon pot economisi între 0,8 și 3,2 tone de CO2 pe tonă, comparativ cu o tonă de materiale plastice derivate din combustibili fosili, acest interval reflectând proporția de copolimeri pe bază de petrol utilizați în materiale plastice. Pentru materialele plastice alternative pe bază de cereale de ulei, economiile de gaze cu efect de seră echivalente de CO2 sunt estimate la 1,5 tone pe tonă de poliol obținut din ulei de rapiță.
Piața mondială a biopolimerilor
În următorii zece ani, creșterea rapidă pe piața globală a materialelor plastice experimentată în ultimii cincizeci de ani este de așteptat să continue. Conform previziunilor, consumul de materiale plastice pe cap de locuitor de astăzi în lume va crește de la 24,5 kg la 37 kg în 2010. Această creștere este determinată în primul rând de Statele Unite, țările din Europa de Vest și Japonia, totuși, se așteaptă o participare activă din partea țărilor din sud-est. și Europa de Est și Asia, care ar trebui să reprezinte aproximativ 40% din piața globală de consum de materiale plastice în această perioadă. Consumul global de plastic este, de asemenea, de așteptat să crească de la 180 de milioane de tone astăzi la 258 de milioane de tone în 2010, cu o creștere semnificativă în toate categoriile de polimeri, deoarece materialele plastice continuă să înlocuiască materialele tradiționale, inclusiv oțel, lemn și sticlă. Potrivit unor estimări ale experților, în această perioadă bioplastica va putea ocupa ferm de la 1,5% până la 4,8% din totalul pieței de materiale plastice, care în termeni cantitativi va varia între 4 și 12,5 milioane de tone, în funcție de nivelul tehnologic de dezvoltare și cercetare. în domeniul noilor polimeri bioplastici. Potrivit conducerii Toyota, până în 2020, o cincime din piața globală a materialelor plastice va fi ocupată de bioplastice, ceea ce echivalează cu 30 de milioane de tone.
Strategii de marketing pentru biopolimeri
Dezvoltarea, rafinarea și executarea unei strategii de marketing eficiente este cel mai important pas pentru orice companie care intenționează să investească masiv în biopolimeri. În ciuda dezvoltării și creșterii garantate a industriei de biopolimeri, există anumiți factori care nu pot fi ignorați. Următoarele întrebări determină strategiile de marketing pentru biopolimeri, producția și activitățile lor de cercetare în acest domeniu:
- Selectarea segmentului de piata (ambalare, agricultura, auto, constructii, piete tinta). Tehnologiile îmbunătățite de procesare a biopolimerului asigură un control mai eficient al structurilor macromoleculare, permițând noilor generații de polimeri „de consum” să concureze cu polimeri „specializați” mai scumpi. În plus, odată cu disponibilitatea de noi catalizatori și controlul îmbunătățit al polimerizării, apare o nouă generație de polimeri specializați, creați în scopuri funcționale și structurale și generând noi piețe. Exemplele includ aplicațiile biomedicale ale implanturilor în stomatologie și chirurgie, care își măresc rapid ritmul de dezvoltare.
- Tehnologii de bază: tehnologii de fermentație, producție a culturilor, știință moleculară, producție de materii prime, surse de energie sau ambele, utilizarea organismelor modificate genetic sau nemodificate în procesul de fermentație și producerea de biomasă.
- Nivelul de sprijin din partea politicii guvernamentale și a mediului legislativ în general: plasticele reciclate concurează într-o oarecare măsură cu polimerii biodegradabili. Reglementările guvernamentale și legislația referitoare la mediu și reciclare pot avea un impact pozitiv asupra creșterii vânzărilor de materiale plastice pentru o varietate de polimeri. Îndeplinirea angajamentelor Protocolului de la Kyoto va crește probabil cererea pentru anumite materiale pe bază de bio.
- Evoluțiile lanțului de aprovizionare în industria fragmentată a biopolimerilor și impactul comercial al economiilor de scară față de îmbunătățirile produselor care pot fi vândute la prețuri mai mari.
Polimeri biodegradabili și fără petrol
Materiale plastice cu impact redus asupra mediului
Există trei grupe de polimeri biodegradabili pe piață. Acestea sunt PHA (fitohemaglutinină) sau PHB, polilactide (PLA) și polimeri pe bază de amidon. Alte materiale care au aplicatii comerciale in domeniul materialelor plastice biodegradabile sunt lignina, celuloza, alcoolul polivinilic, poli-e-caprolactona. Există mulți producători care produc amestecuri de materiale biodegradabile, fie pentru a îmbunătăți proprietățile acestor materiale, fie pentru a reduce costurile de producție.
Pentru a îmbunătăți parametrii procesului și a crește duritatea, PHB și copolimerii săi sunt amestecați cu o gamă de polimeri cu diferite caracteristici: biodegradabili sau nedegradabili, amorfi sau cristalini cu diferite temperaturi de topire și de tranziție sticloasă. Amestecuri sunt, de asemenea, folosite pentru a îmbunătăți proprietățile PLA. PLA convențional se comportă mult ca polistirenul, prezentând fragilitate și alungire redusă la rupere. Dar, de exemplu, adăugarea de 10-15% Eastar Bio, un produs petrolier biodegradabil pe bază de poliester produs de Novamont (fostă Eastman Chemical), crește semnificativ vâscozitatea și, în consecință, modulul de încovoiere, precum și rezistența la impact. Pentru a îmbunătăți biodegradabilitatea, reducând în același timp costurile și conservând resursele, este posibil să amestecați materiale polimerice cu produse naturale, cum ar fi amidonul. Amidonul este un polimer semicristalin format din amilază și amilopectină cu diferite rapoarte în funcție de materialul vegetal. Amidonul este solubil în apă, iar utilizarea de compatibilizatori poate fi critică pentru amestecarea cu succes a acestui material cu polimeri hidrofobi altfel incompatibili.
Compararea proprietăților bioplasticelor cu cele tradiționale
Comparație dintre PLA și materiale plastice pe bază de amidon cu materialele plastice tradiționale pe bază de petrol |
||||||
| Proprietăți (unități) | LDPE | PP | PLA | PLA | Baza de amidon | Baza de amidon |
| Greutate specifică (g/cm2) | <0.920 | 0.910 | 1.25 | 1.21 | 1.33 | 1.12 |
| Rezistența la tracțiune (MPa) | 10 | 30 | 53 | 48 | 26 | 30 |
| Limita de curgere la tractiune (MPa) | - | 30 | 60 | - | 12 | |
| Modulul de tracțiune (GPa) | 0.32 | 1.51 | 3.5 | - | 2.1-2.5 | 0.371 |
| Alungire la tracțiune (%) | 400 | 150 | 6.0 | 2.5 | 27 | 886 |
| Rezistența Izod crestat (J/m) | Fara pauza | 4 | 0.33 | 0.16 | - | - |
| Modulul de încovoiere (GPa) | 0.2 | 1.5 | 3.8 | 1.7 | 0.18 | |
Proprietățile PHB în comparație cu materialele plastice tradiționale
Proprietățile Biomer PHB în comparație cu PP, PS și PE |
|||
| Rezistență la tracțiune | Alungirea la rupere Shore A | Modul | |
| Biomer P226 | 18 | - | 730 |
| 15-20 | 600 | 150-450 | |
| Biomer L9000 | 70 | 2.5 | 3600 |
| PS | 30-50 | 2-4 | 3100-3500 |
În ceea ce privește costul comparativ, materialele plastice existente pe bază de petrol sunt mai puțin costisitoare decât bioplasticele. De exemplu, polietilena de înaltă densitate (HDPE) de calitate industrială și medicală, utilizată și în ambalaje și produse de larg consum, variază de la 0,65 USD la 0,75 USD per kilogram. Prețul polietilenei de joasă densitate (LDPE) este de 0,75 USD-0,85 USD per kilogram. Polistirenul (PS) este în medie de la 0,65 USD la 0,85 USD pe kilogram, polipropilenele (PP) în medie de la 0,75 USD la 0,95 USD pe kilogram, iar polietilen tereftalați (PET) este în medie de la 0,90 USD la 1 USD pe kilogram. În comparație, plasticul polilactid (PLA) costă între 1,75 și 3,75 USD pe kilogram, policaprolactonele derivate din amidon (PCL) costă între 2,75 USD și 3,50 USD pe kilogram, iar polihidroxibutirații (PHB) 4,75 USD - 7,50 USD per kilogram. În prezent, ținând cont de prețurile globale comparative, bioplastica este de 2,5 până la 7,5 ori mai scumpă decât plasticul tradițional pe bază de petrol. Cu toate acestea, cu doar cinci ani în urmă, costul lor era de 35 până la 100 de ori mai mare decât echivalentele existente de combustibili fosili neregenerabili.
Polilactide (PLA)
PLA este un termoplastic biodegradabil fabricat din acid lactic. Este rezistent la apă, dar nu poate rezista la temperaturi ridicate (>55°C). Deoarece este insolubil în apă, microbii din mediul marin îl pot descompune și în CO2 și apă. Plasticul este asemănător cu polistirenul pur, are calități estetice bune (lucire și transparență), dar este prea rigid și fragil și trebuie modificat pentru majoritatea aplicațiilor practice (adică elasticitatea acestuia este mărită de plastifianți). La fel ca majoritatea materialelor termoplastice, acesta poate fi prelucrat în fibre, filme, termoformat sau turnat prin injecție.
Structura polilactidei
În timpul procesului de producție, boabele sunt de obicei mai întâi măcinate pentru a produce amidon. Amidonul este apoi procesat pentru a produce dextroză brută, care este transformată în acid lactic prin fermentație. Acidul lactic este condensat pentru a produce lactida, un dimer intermediar ciclic care este utilizat ca monomer pentru biopolimeri. Lactida este purificată prin distilare în vid. Un proces de topire fără solvenți deschide apoi structura inelului pentru polimerizare, producând astfel un polimer de acid polilactic.
Modulul de tracțiune
Izod crestat puterea
Modul de flexiune
Alungirea la tracțiune
NatureWorks, o filială a Cargill, cea mai mare companie privată din Statele Unite, produce polimeri de polilactidă (PLA) din resurse regenerabile, folosind o tehnologie proprie. Ca urmare a 10 ani de cercetare și dezvoltare la NatureWorks și a unei investiții de 750 de milioane de dolari, societatea comună Cargill Dow (acum o subsidiară deținută în totalitate a NatureWorks LLC) a fost înființată în 2002, cu o capacitate de producție anuală de 140.000 de tone. Polilactidele derivate din cereale, comercializate sub mărcile NatureWorks PLA și Ingeo, își găsesc aplicațiile în principal în ambalaje termice, filme extrudate și fibre. Compania dezvoltă, de asemenea, capacități tehnice pentru producția de produse turnate prin injecție.
Coș de compost PLA
PLA, ca PET, necesită uscare. Tehnologia de procesare este similară cu LDPE. Reciclatele pot fi repolimerizate sau măcinate și reutilizate. Materialul este complet degradabil biochimic. Folosit inițial în turnarea foilor termoplastice, producția de film și fibre, astăzi acest material este folosit și pentru turnarea prin suflare. La fel ca PET-ul, materialele plastice pe bază de cereale produc o gamă de forme variate și complexe de sticle de toate dimensiunile și sunt folosite de Biota pentru a întinde sticlele de matriță prin suflare pentru îmbutelierea premium cu apă de izvor. Sticlele cu un singur strat de la NatureWorks PLA sunt turnate pe același echipament de suflare prin injecție/orientare folosit pentru PET, fără a sacrifica productivitatea. Deși eficiența barierei NatureWorks PLA este mai mică decât PET-ul, acesta poate concura cu polipropilena. Mai mult, SIG Corpoplast dezvoltă în prezent utilizarea tehnologiei sale de acoperire „Plasmax” pentru astfel de materiale alternative pentru a-și îmbunătăți eficiența barierei și, prin urmare, a extinde gama de aplicații. Materialele NatureWorks nu au rezistența la căldură a materialelor plastice standard. Încep să-și piardă forma la temperaturi de aproximativ 40°C, dar furnizorul face progrese semnificative în crearea de noi clase care au rezistența la căldură a materialelor plastice pe bază de petrol, deschizând astfel noi aplicații în ambalajele pentru alimente fierbinți și băuturile vândute la pachet. afară sau alimente care pot fi gătite cu microunde.
Materiale plastice care reduc dependența de ulei
Interesul crescut pentru reducerea dependenței producției de polimeri de resursele petroliere conduce, de asemenea, la dezvoltarea de noi polimeri sau formulări. Având în vedere nevoia tot mai mare de a reduce dependența de produsele petroliere, se acordă o atenție deosebită importanței maximizării utilizării resurselor regenerabile ca sursă de materii prime. Un exemplu în acest sens este utilizarea boabelor de soia pentru a produce poliol pe bază de bio Soyol ca materie primă principală pentru poliuretan.
Industria materialelor plastice folosește câteva miliarde de lire de umplutură și amelioratori în fiecare an. Tehnologia de formulare îmbunătățită și noii agenți de cuplare care permit niveluri mai mari de încărcare a fibrelor și materialelor de umplutură ajută la extinderea utilizării unor astfel de aditivi. Nivelurile de încărcare a fibrelor de 75 ppm pot deveni o practică comună în viitorul apropiat. Acest lucru va avea un impact extraordinar asupra reducerii utilizării materialelor plastice pe bază de petrol. Noua tehnologie a compozitelor puternic umplute demonstrează unele proprietăți foarte interesante. Studiile compozitului kenaf-termoplastic de 85% au arătat că proprietățile sale, cum ar fi modulul de încovoiere și rezistența, sunt superioare celor mai multe tipuri de particule de lemn, plăci aglomerate cu densitate mică și medie și pot chiar concura cu plăcile de toroane orientate în unele aplicații. .
Când veniți la un magazin sau vizitați o serie de site-uri web tematice, probabil că ați dat peste conceptele de înalt fermentat, semifermentat și alte derivate ale cuvântului „fermentat”. Împărțirea condiționată a tuturor ceaiurilor în funcție de „gradul de fermentație” este recunoscută și aparent nu este discutată. Ce este neclar aici? Verde - nefermentat, roșu puternic, pu-erh post-fermentat. Dar vrei să sapi mai adânc? Data viitoare întreabă-l pe consultantul tău cum înțelege el ceaiul „post-fermentat”. Si priveste.
Înțelegi deja prinderea. Acest cuvânt nu poate fi explicat. Post-fermentat este un cuvânt artificial, al cărui singur scop este de a manevra și plasa pu-erh în sistemul convențional de împărțire a ceaiurilor „în funcție de gradul de fermentație”.
Oxidarea enzimatică
Problema unei astfel de confuzii se datorează faptului că conceptul „ procesele de oxidare" pe " fermentaţie" Nu, are loc și fermentația, dar când - trebuie să ne dăm seama. Între timp, să vorbim despre oxidare.
Ce știm despre oxigen?
În dreapta este o tăietură proaspătă a unui măr. În stânga – după oxidare în aer.
În contextul materialului, trebuie remarcată activitatea chimică ridicată a elementului, și anume capacitatea sa de oxidare. Toată lumea își imaginează cum, în timp, tăietura unui măr sau banană devine neagră. Ce se întâmplă? Când tăiați un măr, încălcați integritatea membranelor celulare. Se eliberează suc. Substanțele din suc interacționează cu oxigenul și provoacă o reacție redox. Apar produse de reacție care nu existau înainte. De exemplu, pentru un măr este oxidul de fier Fe 2 O 3, care are o culoare maro. și el este cel care este responsabil pentru întunecare.
Ce știm despre ceai?
Pentru majoritatea ceaiurilor, procesul tehnologic include o etapă de zdrobire, al cărei scop este distrugerea membranei celulare (vezi articolul despre). Dacă facem paralele cu un măr, substanțele din suc interacționează cu oxigenul din aer. Dar este important de reținut că redox nu este singura reacție. Ceaiul este un produs organic. În orice sistem viu există compuși speciali numiți enzime, sunt și enzime care accelerează reacțiile chimice. După cum ați putea ghici, ei nu „stau pe margine”, ci participă activ. Un întreg lanț de transformări chimice rezultă atunci când produsele unei reacții suferă transformări chimice ulterioare. Și așa mai departe de mai multe ori. Acest proces se numește oxidare enzimatică.
Importanța oxigenului în acest proces poate fi înțeleasă din exemplul producției de ceai roșu (complet oxidat, sau, așa cum este numit și „ceai complet fermentat”). Pentru a menține un nivel constant de oxigen în camera în care se produce ceaiul roșu, este necesar să se asigure aerul se schimbă de până la 20 de ori pe orăși fă-o steril. Oxigenul este baza în acest caz.
Pu-erh și fermentația în forma sa cea mai pură
Să ne întrebăm din nou: „Ce știm despre pu-erh?” Cum se produce? Aruncă o privire la imaginile de mai jos. Da, acesta este viitorul shu puer și așa este făcut.
„Vodui” este procesul de îmbătrânire artificială a pu-erh. Fabrica Jingu.
Ce vedem? O cameră închisă, o grămadă imensă de ceai de câteva tone, acoperită cu pânză groasă, un termometru cu semnul de 38 de grade Celsius. Ce nu vedem? Semn de umiditate în această cameră. Crede-mă, nu e depășit acolo. Crezi că oxigenul pătrunde sub pânză în adâncurile stivei? Putem vorbi despre oxidare? Răspunsul se sugerează de la sine. Desigur că nu! Atunci ce se întâmplă cu ceaiul în astfel de condiții?
Pu-erh ca produs al activității microbiene
Ai fost vreodată la subsolurile clădirilor vechi? Cel mai probabil nu, dar vă puteți imagina la ce vă puteți aștepta. Înfundare și umezeală. Ciuperca se răspândește de-a lungul pereților, iar colonii de bacterii și microorganisme zboară în aer. Pentru ei, temperatura ridicată și umiditatea sunt un habitat ideal și un mediu de reproducere. Să revenim la grămezile stivuite de materii prime pu-erh - aceleași condiții ideale. Prezența bacteriilor este o condiție prealabilă pentru producerea atât a shu, cât și a shen puerh. Enzimele microorganismelor influențează transformările în ceai. Astfel, reacțiile chimice în timpul preparării pu-erh au loc sub influența enzimelor externe și interne (din ceaiul însuși). Dar reacțiile de oxidare sunt practic excluse. Acesta este procesul pur de fermentare.
Concluzii principale:
- Fermentarea în forma sa pură are loc numai în pu-erh. În alte ceaiuri există oxidare enzimatică. În roșii și oolongs acest proces este de dorit. În rest este nedorit și se oprește cât mai repede posibil prin tratament termic.
- Împărțirea convențională a ceaiurilor „în funcție de gradul de fermentație” nu este în întregime corectă.
- În producerea ceaiului oolong și roșu, cel mai important lucru este prezența oxigenului în aer pentru a menține reacția de oxidare și sterilitatea mediului.
- În producția de pu-erh, cei mai importanți factori sunt conținutul de microorganisme din materiile prime din ceai, umiditatea și temperatura pentru creșterea activității lor vitale.
- Ceaiul post-fermentat este un concept artificial conceput pentru a se potrivi puer în sistemul de împărțire a ceaiurilor în funcție de gradul de fermentație, dar nu are o semnificație fizică adecvată.
