持続可能な革、糸、紙 — brから

アメリカ化学会

画像: 菌類の繊維は糸 (左) または革の代替品 (右) に変えることができます。もっと見る

クレジット: アクラム・ザマーニ

サンディエゴ、2022年3月23日 — 次の流行のハンドバッグは、菌類から作られた「革」で作られるかもしれません。 今日、研究者らは、この微生物を利用して食品廃棄物を、伝統的な素材に匹敵する特性を備えた持続可能な人工皮革、紙製品や綿の代替品に変換する方法について説明します。 彼らは、この真菌皮革はすでに市場に出回っている既存の代替品よりも生産に時間がかからず、一部のものとは異なり、100％生物由来であると説明しています。

研究者らは本日、米国化学会（ACS）の春季大会で研究結果を発表する予定だ。 ACS Spring 2022 は、3 月 20 日から 24 日までバーチャルおよび対面で開催されるハイブリッド会議で、3 月 21 日から 4 月 8 日まではオンデマンド アクセスが利用可能です。この会議では、幅広い科学トピックに関する 12,000 以上のプレゼンテーションが行われます。

綿は供給不足であり、石油ベースの繊維や皮革と同様に、その生産は環境問題と関連しています。 一方で、多くの食料が無駄になってしまいます。 アクラム・ザマーニ博士は、菌類由来の新しいバイオベースの持続可能な材料を使用して、これらの一見無関係な問題の解決に着手しました。 「環境面や倫理面でマイナスの影響を与える可能性がある綿や合成繊維、動物皮革を代替できることを期待しています」とプロジェクトの主任研究員であるザマーニ氏は言う。 「当社のプロセスを開発する際、有毒な化学物質や環境に害を及ぼす可能性のあるものを使用しないよう注意してきました。」

人間と同じように、菌類も食事をする必要があります。 生物に餌を与えるために、研究チームはスーパーマーケットで売れ残ったパンを集め、それを乾燥させて粉砕してパン粉にした。 研究者らは、パイロット規模の反応器でパン粉と水とを混合し、腐った食物に通常見られるリゾプス・デレマーの胞子を加えた。 この菌がパンを食べると、細胞壁に蓄積したキチンとキトサンからなる微細な天然繊維が生成されました。 2日後、科学者たちは細胞を収集し、食品や飼料に使用できる脂質、タンパク質、その他の副産物を除去した。 次に、繊維状の細胞壁からなる残りのゼリー状の残留物を糸に紡ぎ、縫合糸や創傷治癒用の布地、さらには衣類に使用できる可能性があります。

あるいは、真菌細胞の懸濁液を平らに広げて乾燥させて、紙または革のような材料を作成しました。 スウェーデンのボロース大学に在籍するザマーニ氏によると、研究チームが作った菌類皮革の最初のプロトタイプは薄く、十分な柔軟性がなかったという。 同グループは現在、本物の動物の革をより忠実に模倣するために、複数の層で構成される厚いバージョンの開発に取り組んでいます。 これらの複合材料には、構造に柔らかさを与える樹木由来のタンニンで処理された層と、強度を与えるアルカリ処理された層が組み合わされています。 グリセロールとバイオベースのバインダーによる処理により、柔軟性、強度、光沢も向上しました。 「私たちの最近のテストでは、真菌皮革が本物の革に匹敵する機械的特性を持っていることが分かりました」とザマーニ氏は言う。 たとえば、密度と剛性を測定するヤング率の関係は、2 つの材料で類似しています。

他のいくつかの菌類皮革はすでに市場に出回っているが、その製造に関する情報はほとんど公開されておらず、その特性はまだ本物の革に匹敵しない、とザマーニ氏は言う。 彼女が確認した限りでは、商品は収穫したキノコ、あるいは固体発酵を利用して食品廃棄物やおがくずの上で薄い層で育てた菌類から作られている。 このような方法では、十分な菌類材料を生産するのに数日から数週間かかるが、彼女の菌類は水に浸されており、同じ量の菌類材料を作るのにわずか数日しかかからない、と彼女は指摘する。 他にも数名の研究者が水中栽培の実験を行っているが、その規模は彼女のグループの取り組みよりもはるかに小さい。

さらに、市場に出回っている真菌皮革の中には、ポリエステルなどの石油由来の合成ポリマーで作られた、環境に有害なコーティングや補強層が含まれているものもあります。 これはボロース大学チームの製品とは対照的であり、天然素材のみで構成されているため生分解性になるとザマーニ氏は予想している。

彼女のチームは、真菌製品をさらに改良するために取り組んでいます。 彼らは最近、果物や野菜を含む他の種類の食品廃棄物の検査も開始した。 一例は、果物からジュースを絞った後に残る塊です。 「廃棄する代わりに、菌類の増殖に利用できるかもしれない」とザマーニ氏は言う。 「ですから、私たちはパンに限定するつもりはありません。パンの無駄がなくなる日が来ることを願っています。」

研究者らは、Vinnova からの支援と資金提供を認めています。 ザマーニの研究に関するビデオは、ボラス大学からここで入手できます。

このトピックに関するメディア向けブリーフィングの録画は、東部時間 3 月 23 日水曜日午前 10 時までに www.acs.org/acsspring2022briefings に掲載されます。

ACS Spring 2022 は、カリフォルニア州サンディエゴで直接参加する予定のすべての出席者、出展者、ベンダー、ACS スタッフに対してワクチン接種が必須でマスクの着用が推奨されるイベントとなります。 要件およびすべての ACS 安全対策の詳細については、ACS の Web サイトをご覧ください。

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ジャーナリストへの注意: この研究が米国化学会の会議で発表されたことを報告してください。

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タイトル食品廃棄物から得られる持続可能な菌類繊維と紙状素材

抽象的な綿の不足と石油ベースの繊維の環境問題により、持続可能な代替品に対する大きな需要が生じています。 同時に、食品廃棄物は多大な経済的および環境的損失を引き起こします。 この研究は、繊維材料への生物変換を通じて食品廃棄物を再利用するための新しいアプローチを提示します。 糸状菌 Rhizopus delemar は、拡張可能な浸漬培養プロセスのエアリフト バイオリアクター内の食品廃棄物で増殖しました。 キチンとキトサンを含む菌糸体の細胞壁は、収穫された真菌バイオマスから単離され、湿式紡糸プロセスを経て真菌のマイクロファイバーが整列し、モノフィラメント糸が形成されます。 機械的強度の観点から見ると、最高の引張強度とヤング率はそれぞれ 118 MPa と 6.4 GPa でした。 繊維をグリセロールで処理すると、繊維の柔軟性が大幅に向上し、15.8% という最高の破断点伸びが得られました。 モノフィラメントは抗菌特性と生体適合性を示しました。 さらに、真菌のマイクロファイバーを湿式積層して、最大 71 MPa の引張強度と最大 3.4 GPa のヤング率を備えた生体適合性の紙状材料を形成しました。 さらに、真菌マイクロファイバーになめしプロセスを実行し、湿式積層および後処理を通じて皮革様素材を調製しました。 菌類皮革は、天然皮革と同様のヤング率対密度の挙動を示しました。

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