Как мы уже говорили, одной едой рынок пищевого биотеха не ограничивается. Поэтому напоследок скажем несколько слов о том, что непосредственно контактирует с этой самой едой, – об упаковке. Ее, между прочим, тоже нужно модернизировать с учетом современных запросов.
Например, из-за проблемы пластикового загрязнения большое распространение получила идея создания «натуральных» полимеров, которые могли бы разлагаться в природных условиях. Так появились биопластики. Их, в отличие от синтетических братьев, таких как ПЭТ или ПВХ, получают не из нефти, а из органики: опилок, переработанных растительных масел, животных отходов.
Одним из первых видов биопластика, широко вошедших в нашу повседневную жизнь, стал термопластичный крахмал. Об изобретении полимерных материалов на его основе говорили еще в 1990-е гг., но тогда эта альтернатива обычным пластмассам оказалась слишком дорогой. Сегодня ситуация изменилась, и термопластичный крахмал с добавлением пластификаторов (сорбита, глицерина) уже занимает не последнее место на рынке. Обычно он служит для производства упаковочных пленок.
Позднее в роли одноразовой упаковки стали использовать сложные эфиры целлюлозы (ацетат целлюлозы, нитроцеллюлоза) и их производные (целлулоид), а также белковые молекулы – пшеничный глютен, белки сои и молока. Все это натуральные разлагаемые материалы. Нужно, однако, понимать, что не все биопластики таковы. К биопластикам относят и аналоги синтетических полимеров, строительные блоки для которых получают не из нефти, а из растительного сырья. На такой упаковке может быть написано «bio-based», но распадаться в земле или воде она не будет. Биополипропилен сам по себе ничем не отличается от обычного, разница лишь в том, что его производство не зависит от нефти.
Интересно, что некоторые биопластики, наоборот, получают из нефти, но готовый материал из них способен к биодеструкции (рис. 39). Выходит, не все биополимеры одинаковы: у них разные свойства и разная способность к раcпаду.
Рис. 39. Виды биопластиков[236]. На рынке биополимеры составляют чуть больше 1% всех пластиков, из них к разлагаемым относится лишь половина
В последние 20 лет некоторую популярность приобрели алифатические полиэфиры: полилактид, он же полимолочная кислота, и поли–3-гидроксибутират. Они известны уже более 100 лет, но использовать их научились сравнительно недавно. Первый, полилактид, состоит из множества молекул молочной кислоты. Чтобы ее получить, крахмалистое сырье, например кукурузу, обрабатывают ферментами и подвергают молочнокислому брожению. Затем молочную кислоту полимеризуют под воздействием специальных катализаторов при повышенной температуре и низком давлении, чтобы получить полимеры определенной длины. Далее их либо используют сами по себе для производства пищевой пленки и одноразовой посуды, либо включают в состав сложных пластиков с добавлением других природных материалов – декстрана (производится бактериями из глюкозы), хитозана (содержится в хитине насекомых и ракообразных) или разных растительных наполнителей: банановой, бамбуковой, древесной муки, ореховой скорлупы. Это делается для того, чтобы снизить стоимость полимера и скорректировать его свойства. Чистый полилактид подходит только для продуктов с коротким сроком годности.
Поли–3-гидроксибутират, в свою очередь, вырабатывается в готовом виде некоторыми бактериями, растущими на глюкозе (Ralstonia eutropha, Alcaligenes eutrophus и др.). Для его производства подходят подсолнечник, кукуруза или остатки свеклы после производства сахара. Поли–3-гидроксибутират относится к группе веществ с длинным названием «полигидроксиалканоаты» и по свойствам очень похож на полипропилен. При этом он хорошо совместим с организмом человека – настолько, что из него делают шовные нити и капсулы для лекарств[237].
Когда относительно дешевые биопластики только начали появляться на рынке, они казались чем-то вроде панацеи, которая должна была избавить человечество от скопления пластиковых отходов в океане и на мусорных полигонах. Биопластики и правда обладали рядом преимуществ перед традиционными пластмассами. Они оставляли меньший углеродный след, их производство не зависело от ископаемых углеводородов, и, самое главное, некоторые из них (но не все) со временем разлагались в окружающей среде под воздействием различных микроорганизмов.
Однако позже отношение даже к разлагаемому биопластику стало не столь однозначно позитивным. Многочисленные испытания и опыт использования показали, что утилизацией биопластика тоже нужно заниматься, сам по себе он разлагается не так хорошо, как хотелось бы. Оказалось, что большинство продуктов из биопластика эффективно деградирует, только если подвергнуть их промышленному компостированию. Недостаточно просто бросить «растительный» пакет на землю и ждать, что он превратится в воду и углекислый газ. Даже закапывание в почву не всегда помогает. Если поли–3-гидроксибутирату, чтобы полностью раствориться, нужно провести в земле всего полгода, то стаканчик из полилактида за год потеряет всего 5% своей массы – распространенные в почве плесневые грибки едят его очень медленно. А компостировать биопластик не так легко. В странах с ярко выраженной сезонностью компостирование невозможно проводить зимой, а в засушливых регионах оно требует искусственного увлажнения грунта, то есть очень большого расхода воды.
Еще одной проблемой стал пластик, состоящий из биополимеров лишь отчасти, то есть гибрид обычного пластика и его биоверсии. Появлению упаковок этой категории в немалой степени содействовали законы, созданные во имя помощи природе, но в конечном счете решение получилось спорным. Поскольку в сополимерах все еще содержатся углеводородные пластмассы, они не разлагаются до конца и при этом их нельзя использовать вторично. Попадая в почву или воду, такой материал быстро распадается на крошечные частички, мигрирующие в биосфере, – их называют микропластиком. Эти кусочки пластика практически невозможно извлечь из окружающей среды, и они, подобно стойким пестицидам, накапливаются в том числе в наших с вами организмах. Разумеется, обычный пластик тоже их производит. Микропластик часто упоминается в контексте борьбы с чайными пакетиками, косметикой, содержащей глиттеры, или синтетикой в одежде, которая отдает часть себя воде во время каждого цикла стирки. И все же осознание риска усугубить микропластиковое загрязнение вместе с пониманием производственных цепочек (для получения биопластика нужно растительное сырье, а чтобы его вырастить, требуются плодородные земли и тонны агрохимикатов) сильно затормозило расширение массового использования биоразлагаемых пластмасс. Многие крупные производители продуктов питания пришли к тому, что пока наиболее экологичный выбор – разумное потребление и повторная переработка хорошо изученных полиэтилена или полипропилена (рис. 40). Если грамотно сортировать мусор, то при наличии инфраструктуры можно добиться значительного сокращения объемов пластиковых отходов, и никакой полилактид не понадобится. А биополимеры пока прекрасно чувствуют себя в других сферах – медицине и фармацевтике.
В Европе в настоящее время актуальны инициативы, делающие более «зеленой» обычную пластиковую упаковку. Например, в Германии встречаются многоразовые пластиковые бутылки для газировки, которые можно сдавать, возвращая часть стоимости товара. А недавно власти ЕС централизованно обязали производителей напитков перейти на крышки, плотно прикрепленные к таре (рис. 41). В интернете это решение породило немало шуток из-за своей кажущейся никчемности, между тем оно помогает сократить количество потерянных или выброшенных на улице крышек. Теперь они вместе с бутылками благополучно добираются до мусорных пакетов.
Размышляя о замене ПЭТ на биополимеры, нельзя сбрасывать со счетов и другие факторы. Один из них – важные свойства синтетических пластиков, которые сложно повторить. Чтобы сделать биопластик достаточно гибким и устойчивым к внешним воздействиям, ученым приходится изобретать многостадийные методы его обработки, что сильно повышает себестоимость. Управлять отходами в условиях растущего рынка биополимеров тоже становится тяжелее. Там, где процесс сбора пластикового мусора уже отлажен, новая упаковка без маркировок вносит сумбур и путаницу. Биомусор попадает в пластиковую массу и мешает ее переработке, а классический пластик чаще оказывается на свалке.
Рис. 40. Перерабатываемые синтетические пластики и их свойства. Существуют и другие пластики (поликарбонат, полиамид) или их смеси. Они переработке не поддаются и маркируются цифрой 7 (others). Признаком того, что продукт нельзя переработать, является и полное отсутствие маркировки – таковы, например, трубочки для питья или внешняя пленка с упаковки
Рис. 40. (Продолжение)
Рис. 41. Новый тип крышек для пластиковых бутылок. Их нельзя открутить и выбросить
И все же рано или поздно люди справятся и с этими ограничениями. Традиционная пластмасса исчезнет, когда у нас закончится нефть, и ее место займут более продвинутые и экологичные материалы. Надо только немного их доработать и научиться с ними обращаться.
Умная упаковка – не только экологичный материал. Среди изобилия пищевых товаров, в условиях жесткой конкуренции компании все чаще пытаются привлекать потребителей новыми, высокотехнологичными решениями, которые делали бы покупку и использование их продуктов удобнее и безопаснее. В теории умная коробка сможет сообщать, насколько свеж продукт внутри нее, нет ли в нем патогенных бактерий, был ли он заморожен в процессе хранения и какие в нем содержатся аллергены. Вопрос только в том, как добавить упаковке «мозгов», как внедрить в нее датчик, индикатор или сенсор и какой именно. При этом технология должна быть простой и дешевой, иначе даже самая заманчивая идея обречена на провал.
Многие команды в поиске решений для интеллектуальных упаковок в конце концов останавливают выбор на биосенсорах – биологически совместимых с человеком безопасных системах, в основе которых лежит та или иная химическая реакция с участием природных органических веществ. Например, ученые из санкт-петербургского Университета ИТМО прямо сейчас работают над упаковкой, которая должна рассказывать о свежести продукта с помощью размещенных на ней флуоресцентных индикаторов[238]. По замыслу, они будут засекать сероводород, выделяющийся при гниении мяса или рыбы, и менять уровень своего свечения под ультрафиолетом. Недостаток такого подхода очевиден. Чтобы использовать эти сенсоры, их придется помещать под свет определенной длины волны, а потом измерять уровень свечения углеродной отметки, что невозможно сделать на глаз. Это значит, что в супермаркетах придется устанавливать специальные аппараты, чтобы класть в них товары для проверки. Но если проект будет поддержан крупными сетями ритейла и государством, он может иметь успех. Индикаторы свежести на базе биосенсоров, по идее, могут фиксировать и другие метаболиты, связанные с процессами порчи: уксусную кислоту, н-бутират, биогенные амины или этанол. Все зависит только от фантазии биологов[239].
Конечно, есть и более простые датчики или способы, делающие упаковку чем-то бóльшим, нежели просто пакет или бутылка. Термохромные чернила часто используют, чтобы человеку было проще понять, какая температура оптимальна для употребления напитка. Они обратимо меняют цвет при изменении температурного режима среды и могут проявляться в определенных условиях, сигнализируя, что напиток готов к употреблению или что он слишком горячий. Существуют также датчики, реагирующие на изменение кислотности продукта (для них хорошо подходят природные пигменты – метиловый красный, бромфеноловый синий и другие) или показывающие, не перегревался ли продукт при хранении – ведь это может сигнализировать о его порче или потере потребительских свойств.
Еще одно направление в упаковке подразумевает включение в нее активных веществ. Как правило, они нужны для продления срока годности продуктов. Поглотители кислорода заметно снижают окисление сухофруктов и мяса, а регуляторы влажности могут предотвращать плесневение или, наоборот, преждевременное черствение. Гидроксид кальция помогает удалять лишний углекислый газ из банок с кимчи и из упаковок свежеобжаренного кофе, а перманганат калия окисляет этилен в пакетах со свежими фруктами и овощами. Это тормозит созревание и преждевременную порчу таких капризных плодов, как авокадо, манго или бананы.
В качестве компонентов упаковочных материалов нового поколения распространены также разнообразные антимикробные агенты – органические кислоты или наночастицы серебра. Они подавляют рост нежелательных микроорганизмов и особенно востребованы производителями быстропортящихся мясных и рыбных продуктов.
Сегодня популярно мнение, что кожуру промышленно выращенных фруктов и овощей нужно счищать перед употреблением, так как она покрыта слоем пестицидов и разнообразных добавок, которые увеличивают сроки хранения.
Отчасти так оно и есть, вот только все используемые покрытия для яблок, слив или апельсинов – натуральные и съедобные, а иногда очень даже высокотехнологичные. К тому же перед тем как фрукты чем-то покроют, их моют – как раз для того, чтобы избавиться от следов агрохимикатов, вредителей и болезнетворных микробов. Если бы фрукты на заводах не мыли, мы страдали бы от кишечных инфекций гораздо чаще, чем сейчас.
Уже после мойки многие плоды подвергают вощению, то есть покрывают слоем воска. Это может быть пчелиный воск или шеллак, который тоже производят насекомые. Он, как и собственный воск растений, защищает их от болезней и плесени. И ничего криминального в нем нет, если не считать, что апельсиновый сок из плодов, обработанных шеллаком, уже нельзя назвать веганским, так как он содержит следы продуктов, полученных из насекомых. Веганы, пьющие пакетированные соки, не могут знать наверняка, чем были обработаны использованные для них фрукты. Этой информации на этикетке не встретишь. Яблок с кожурой им тоже лучше избегать – либо тщательно мыть их в теплой воде.
Имеются также более функциональные и редкие покрытия для еды. Например, защитный слой для фруктов и овощей от калифорнийского стартапа Apeel, содержащий растительный полиэфир кутин. Созданная компанией невидимая глазу пленка представляет собой превосходный консервант. Она замедляет созревание плодов и снижает риск их порчи во время транспортировки и при хранении за счет того, что удерживает влагу внутри, не пропуская туда молекулы кислорода.
Упаковка без упаковки, как и биоразлагаемая тара, – это не только удобно, но и более экологично. Понятно, что использовать ее можно только для некоторых продуктов (даже не для всех плодов), но для планеты это, безусловно, лучше, чем очищенные бананы и сваренные яйца в пластиковых контейнерах. Если подумать, многие продукты вполне могут существовать без упаковки. Некоторые «зеленые» магазины продают на развес крупы, кофе и чай, чтобы сократить потребление пластика. Но и привычную нам упаковку можно сделать более устойчивой – дайте только биологам время.