食物浪费是实现可持续、无塑料尿布和卫生巾的关键吗？

食品浪费是否是实现可持续性、无塑料纸尿裤和卫生巾的关键？

研究人员正在利用食品和农业行业通常丢弃的蛋白质生物质替代纸尿裤和卫生巾中的塑料和其他合成聚合物，以制造可持续和可生物降解的多孔材料。这些材料有望让未来的纸尿裤和卫生巾能够被冲入马桶或用作肥料。

在美国化学学会（ACS）2024年春季会议上，研究人员将展示他们的研究成果。ACS Spring 2024是一个混合会议，于3月17日至21日以虚拟和实地方式举行，涵盖了近12,000个关于各种科学主题的演示。

安东尼奥·卡佩扎将在会议上介绍研究成果，他表示，在欧洲，法规限制了在一次性商品中使用某些石油基塑料。然而，他指出，目前并没有明确的指导方针或法规禁止在纸尿裤、卫生巾和其他一次性卫生产品中使用这些塑料，因为还没有合适的替代品。“但我们希望用我们基于蛋白质的材料改变这一情况。”

当然，可清洗的尿布完全避免了塑料问题，但他表示很少有照顾者愿意使用它们。他的目标是为那些想继续使用一次性卫生产品的人提供另一种可持续、非污染的解决方案。“接受度将比要求客户‘好吧，现在你得洗尿布’要高得多。” 卡佩扎解释道，他是瑞典皇家理工学院聚合材料部门的研究人员。

具有讽刺意味的是，该项目起源于一个旨在向学生展示实验室可能出现什么问题的演示。卡佩扎当时正在向学生展示如何使用蛋白质制造生物塑料丝。为了模拟不需要的湿度影响，他加入了潮湿的棉花，导致混合物起泡。干燥后，他意识到这种材料已经变得超多孔，意味着它可以像海绵一样吸收液体。

“所以这有点像意外，但是是个好的意外，因为这使我们进入了一个全新的研究领域，”他说。卡佩扎与瑞典皇家理工学院、瑞典农业科学大学以及委内瑞拉的西蒙·玻利瓦尔大学、日本的东京大学和西班牙的塞维利亚大学的研究人员合作。

一些基于棉花的替代品已经上市，但它们依赖原始棉花，可能需要漂白或其他化学处理来生产。为了寻找更可持续的材料来源，卡佩扎的团队确定了食品和农业生产中剩余的蛋白质和其他天然分子，否则这些材料可能会填埋或焚烧：例如，玉米的玉米蛋白质、小麦的麸质和天然抗氧化剂提取物。

研究人员以不同比例混合这些蛋白质，并添加水和碳酸氢盐（如小苏打）作为发泡剂；甘油作为增塑剂；天然提取物作为防腐剂。

然后，团队利用塑料工业的设备和加工技术，包括挤出法，制造了纸尿裤和卫生巾中常见的各种组件。类似于面条机，挤压机使团队能够生产丝和平板材料，同时也使它们起泡。利用这些技术，研究人员制造了一个保持干燥且能迅速通过液体的平板“非织造”层；一个具有超吸水性能的松软多孔材料，可以吸收液体；以及用于保护外衣的防水薄膜。

作为概念验证，研究人员组装了这些组件，制造了类似一次性卫生产品的基于蛋白质的吸收原型。一旦暴露在水或土壤中，这些材料在几周内完全生物降解。由于材料的蛋白质来源，这种降解释放出碳、氮、磷、氨基酸和其他化合物，自然界可以重新利用这些营养物质。

卡佩扎表示，随着进一步的开发，这可能会导致可冲洗的一次性卫生产品。或者，在使用后，这些产品（或生产阶段产生的任何废物）可以被堆肥用于施肥作物，如玉米和小麦，而这些作物反过来又提供了制造新卫生产品的起始材料。“所以这是一个完全循环的设计，”卡佩扎补充道。研究人员已经证明，植物在这种堆肥下生长出更长的叶子和根。“我们的测试表明，因为它是基于蛋白质的，所以当它们分解时，这些产品不会对土壤产生微塑料或其他不需要的化学物质的污染风险。”

卡佩扎估计，基于蛋白质的卫生产品的价格将比传统塑料纸尿裤和卫生巾高出约10%至20%。基于蛋白质的卫生巾的性能与传统卫生巾相似。另一方面，基于蛋白质的纸尿裤不像塑料纸尿裤那样吸水。这意味着基于蛋白质的纸尿裤要么需要更厚，要么它们的配方需要调整以改善吸水性。为了提高液体吸收和机械强度，研究人员正在探索添加木质纤维素，这是农业和林业部门的低价值副产品的混合物。迄今为止的结果显示，其添加将性能接近于传统纸尿裤。

团队现在正在准备进行试点研究，以测试扩大生产的可行性。卡佩扎表示，在这些产品上市之前，还需要进行人体皮肤刺激测试等额外评估。

这项研究得到了博·里丁基金会和瑞典政府可持续发展研究委员会Formas的资助。该团队已对该技术和过程提交了专利申请。