Ilmuwan Mengubah Protein Susu Menjadi Alternatif Plastik yang Dapat Terurai—Begini Caranya

Singkatnya

• Ilmuwan menciptakan film kemasan yang dapat terurai secara hayati dari protein susu, pati, dan tanah liat vulkanik.
• Bahan ini mengurangi permeabilitas uap air hampir 1.000 kali lipat dibandingkan film biopolimer serupa.
• Film ini sepenuhnya terurai di tanah dalam waktu sekitar 13 minggu—jauh lebih cepat daripada plastik berbasis minyak bumi.

Protein yang membuat yogurt Anda kental dan keju Anda elastis baru saja mendapatkan pekerjaan baru: menggantikan plastik bungkus. Para peneliti dari Kolombia dan Australia telah mempublikasikan studi di Polymers yang merinci sebuah film biodegradable yang terbuat terutama dari kalsium kaseinat—protein yang sama yang menyusun sekitar 80% dari susu sapi—dicampur dengan pati, sedikit tanah liat, dan pengikat sintetis untuk menyatukan semuanya. Hasilnya adalah film kemasan yang sepenuhnya terurai di tanah dalam sekitar 13 minggu, dibandingkan plastik konvensional yang bisa memakan waktu berabad-abad. Kasein—protein susu—secara alami membentuk jaringan molekuler padat saat larut dan dikeringkan, memberikan dasar struktur yang cukup baik. Tapi sendiri, film kasein murni akan mengkerut dan menjadi rapuh setelah dikeringkan, seperti lem kering. Para peneliti menemukan bahwa gliserol, plasticizer berkelas makanan yang umum digunakan, berfungsi seperti pelumas di dalam polimer, menjaga fleksibilitasnya.

Gambar: Polymers

Kemudian mereka mencampurkan pati yang dimodifikasi untuk menambah volume dan PVA—sejenis polimer biodegradable—untuk secara dramatis meningkatkan kekuatan dan kompatibilitas antar bahan, dan voilà. Tapi kunci dari campuran ini adalah bentonit: mineral tanah liat vulkanik yang digiling menjadi partikel nanoskopis dan disuspensikan dalam campuran. Ketika film mengering, partikel tanah liat kecil ini tersusun dalam lapisan datar yang saling tumpang tindih di dalam bahan—seperti dinding kartu yang bertumpuk dalam film. Uap air yang mencoba menembus kemasan tidak bisa lagi langsung menembus—harus melewati labirin penghalang tanah liat ini, mengikuti jalur yang lebih panjang dan berkelok. Efek “difusi tortuosa” ini menyebabkan permeabilitas uap air film menurun hampir tiga kali lipat dibandingkan film kasein-pati konvensional yang dilaporkan dalam literatur. Itu adalah pengurangan seribu kali lipat. 

Film akhir dapat meregang lebih dari dua kali panjang awalnya sebelum robek. Film kasein-pati tanpa PVA atau bentonit jauh lebih kaku. Peningkatan kekuatan ini berasal dari lapisan silikat bentonit yang bertindak sebagai penguat internal, menyebarkan stres secara lebih merata saat ditarik atau dibengkokkan. Bayangkan bukan seperti kantong plastik standar, melainkan seperti komposit yang diperkuat serat—hanya saja terbuat dari bahan makanan alih-alih serat karbon. Di bidang mikrobiologi, koloni bakteri di permukaan film tetap di bawah ambang batas yang ditetapkan oleh standar ISO untuk aplikasi kemasan non-steril. Ini berarti film ini tidak memiliki sifat antimikroba eksplisit, tetapi juga tidak menciptakan lingkungan seperti piring petri. Para peneliti menandai ini sebagai arah untuk pekerjaan masa depan, mencatat bahwa penambahan nanopartikel perak atau agen aktif lain dapat mendorong film ini ke wilayah yang benar-benar antibakteri. Biodegradasi dipantau dengan mengubur sampel film berbentuk persegi di tanah selama sembilan hari dan menimbangnya setiap hari. Penguraian paling agresif terjadi dalam 72 jam pertama—kasein dan pati mulai menyerap kelembapan dengan cepat, membengkak dan pecah-pecah. Setelah itu, degradasi berlanjut dengan kecepatan yang lebih stabil. Menggambarkan kurva tersebut, disimpulkan bahwa disintegrasi penuh terjadi sekitar 13 minggu, yang lebih lama dari film kasein saja, tetapi jauh lebih pendek daripada apa pun yang berbasis minyak bumi. Itu jauh lebih singkat daripada seluruh milenium yang mungkin dibutuhkan plastik untuk mengalami proses yang sama.

Gambar: Polymers

Para peneliti menggunakan metode pencetakan larutan untuk memproduksi film, yaitu menuangkan campuran cair ke dalam cetakan dan membiarkannya mengering di oven pada suhu 38°C (sekitar 100°F). Metode ini cukup sederhana untuk diskalakan tanpa peralatan eksotis, yang penting untuk adopsi di negara berkembang di mana infrastruktur pengelolaan limbah plastik sering terbatas. Masih ada pekerjaan yang harus dilakukan. Pengujian stabilitas termal belum dilakukan, kinerja antimikroba perlu divalidasi lebih dalam, dan kejernihan optik sedikit menurun dengan penambahan bentonit—meskipun para peneliti mengatakan perubahan tersebut tidak terlihat oleh mata telanjang. Ini bukan masalah besar. Ini adalah jenis masalah rekayasa yang akan terselesaikan seiring formulasi berkembang dari laboratorium ke produksi percontohan. Bukti konsep inti—bahwa Anda dapat membuat film kemasan makanan yang fungsional dan benar-benar biodegradable dari protein susu dan tanah liat vulkanik—sudah terlihat jelas dari data yang ada.