Deșeurile din fabricile de bere pot fi reutilizate pentru a crea nanoparticule care luptă împotriva bacteriilor
Produția de bere modernă reprezintă o industrie de 117 miliarde de dolari în Statele Unite, cu peste 170 de milioane de butoaie de bere produse anual. Procesul de fabricare a berii consumă mult timp și energie, generând cantități mari de deșeuri în fiecare etapă. Componentele solide, cum ar fi cerealele folosite și drojdia, ajung adesea în gropile de gunoi, unde substanțele nocive pot contamina solul. De asemenea, apa reziduală din fabricile de bere poate polua ecosistemele acvatice, reducând nivelul de oxigen și amenințând organismele locale.
Pentru a preveni contaminarea mediului, oamenii de știință, inclusiv eu, investigăm metode de reciclare a deșeurilor din fabricile de bere pentru a crea produse utile. Ca chimist, împreună cu echipa mea de cercetare, ne propunem să transformăm deșeurile generate de procesul de fabricare a berii în particule minuscule care pot fi utilizate în medicamentele pe bază de prescripție.
Procesul de fabricare a berii
Fabricarea berii începe cu cerealele, de obicei orz, care sunt convertite în substanțe chimice mai simple printr-un proces denumit malțare. Acest proces începe prin adăugarea apei, care activează sămânța din stare de inactivitate, urmată de menținerea semințelor la o temperatură controlată pentru a permite germinarea. În acest timp, se eliberează enzime importante care transformă amidonul și proteinele din cereale în zaharuri fermentabile și aminoacizi. După procesul de malțare, se adaugă apă fierbinte pentru a extrage compușii care conferă berii aroma sa iconică.
După separarea extractului dulce de malț, numit must, resturile solide devin deșeuri, cunoscute sub numele de cereale utilizate. Aproximativ 30% din greutatea cerealelor brute se transformă în deșeu, iar anual se generează aproximativ 30 de milioane de tone de cereale utilizate. De asemenea, planta de hamei, care oferă amăreală și aromă berii, produce deșeuri, deoarece aproximativ 85% din hamei este eliminat după procesarea mustului. La final, drojdia folosită rămâne ca un alt tip de deșeu, constituind o parte semnificativă a deșeurilor din fabricile de bere.
Soluționarea problemei deșeurilor din fabricile de bere
Deșeurile din fabricile de bere conțin compuși valoroși precum carbohidrați, proteine, aminoacizi, minerale și vitamine care pot fi reutilizați. Unele soluții imaginative includ transformarea deșeurilor în biocombustibili și piele vegană. Majoritatea deșeurilor solide trimise la ferme sunt folosite ca îngrășământ, compost sau hrană pentru animale, însă o mare parte a acestor deșeuri sunt aruncate în gropile de gunoi. Apa reziduală, care conține mult mai multe poluante decât apele uzate casnice, facilitează provocări pentru sistemele de tratare a apelor uzate.
Deși fabricile de bere devin conștiente de impactul deșeurilor lor, cererea pentru bere continuă să crească, iar o mare cantitate de deșeuri rămâne neutilizată.
Repurposing deșeurilor în nanoparticule
În cadrul cercetării mele, mă concentrez pe determinarea dacă compușii din deșeurile de fabricare a berii pot ajuta la crearea de nanoparticule care sunt compatibile cu celulele umane, dar care luptă împotriva bacteriilor. Nanoparticulele sunt particule extrem de mici, având dimensiuni de ordinul nanometrilor. În medicină, utilizarea repetată a acelorași antibiotice poate conduce la evoluția rezistenței bacteriilor. Astfel, nanoparticulele ar putea deveni un component activ în anumite medicamente antibiotice, având potențialul de a acționa ca dezinfectanți și agenti de curățare.
Echipa mea a dezvoltat nanoparticule acoperite cu compuși din deșeurile de fabricare a berii, inventând un proces care a fost patentat. Crearea acestor particule implică adăugarea deșeului la o sursă metalică, de exemplu, utilizând azotat de argint, un proces ce transformă ionii de argint în nanoparticule metalice prin reacții chimice specifice. Această metodă, care include chimia verde, are avantajul de a minimiza utilizarea substanțelor chimice periculoase.
Securitatea nanoparticulelor
Colaboratoarea mea, Neha Rangam, a descoperit că stratul format din compușii deșeurilor din fabricile de bere face aceste nanoparticule non-toxice pentru celulele umane în laborator. Cu toate acestea, nanoparticulele din argint dovedesc o eficiență remarcabilă împotriva bacteriei Escherichia coli, care cauzează boli intestinale la nivel global. Nanoparticulele cu un conținut mare de fosfat de argint s-au arătat mai eficiente datorită unei acoperiri mai subțiri, permițând o interacțiune mai bună cu bacteriile.
Numai câteva nanoparticule au fost aprobate pentru utilizare în medicamente, iar cercetarea trebuie să continue pentru a evalua interacțiunile dintre nanoparticulele metalice și corpul uman, precum și pentru a determina siguranța acestora înainte de a deveni o parte integrantă a noilor medicamente antibacteriene.
