Химики определили точный состав упаковок на основе биоразлагаемых пластиков и растительных материалов. Материалы, изначально заявленные как экологичная и более безопасная альтернатива пластикам, оказались в равной степени токсичны in vitro. Результаты анализов опубликованы в журнале Environment International.

Биопластики, в отличие от пластиков на основе нефти, производят из биоматериалов, например, из целлюлозы и крахмала. Биомасса — возобновляемый ресурс, а разложение биоматериалов происходит быстрее и проще. Биопластики в основном используются для производства одноразовых изделий и упаковки, в том числе для хранения продуктов питания. При этом точный состав биопластиков производители не обязаны публиковать, и что на самом деле скрывается за термином «биопластик» в каждом конкретном случае, сложно сказать.

Лиза Циммерманн (Liza Zimmermann) из Франкфуртского университета имени Иоганна Вольфганга Гёте вместе с коллегами отобрала 43 образца повсеместно используемой пластиковой продукции на биологической основе. В их числе оказались материалы из бамбука, крахмала, целлюлозы, полилактида, био-полиэтилена, био-полиэтилентерефталата, полибутиленсукцината, полибутиленадипат терефталата и полигидроксиалканоата. Все образцы тщательно промыли и очистили.

Для оценки токсичности in vitro ученые провели анализ microtox на бактериях Allivibrio fischeri, обладающих люминесценцией. Тест определяет токсичность вещества для клеточного дыхания бактерий. Если дыхание нарушается — бактерии светятся слабее.

67 процентов исследуемых образцов ослабили люминесценцию бактерий, что говорит об исходной цитотоксичности этих материалов. В других цитологических тестах 18 из 43 образцов вызвали оксидативный стресс клеток, в 10 образцах ученые выявили антиандрогенные свойства, и 1 образец оказал влияние на эстрогенные рецепторы человека.

Токсикологическая характеристика биопластиков на основе анализа microtox, реакции на окислительный стресс (AREc32), а также эстрогенной (YES) и антиандрогенной активности (YAAS). Результаты представлены в виде градиента от самого слабого (зеленый) до самого сильного (красный) воздействия / Lisa Zimmermann et al./ Environment International, 2020

По результатам тестов, токсичность варьировалась для одного и того же материала в зависимости от образца. Самую низкую токсичность показали образцы из бамбука, а также 6 из 10 образцов биополиэтилена, однако кластерный анализ показал, что тип полимера не позволяет прогнозировать токсичность материала.

Исследователи сравнили данные о токсичности биопластиков с данными своих же предыдущих тестов на обычных пластиках из нефтепродуктов. Примечательно, что доля образцов биопластика, вызывающих токсичность, оказалась такой же, как и для обычных пластиков — 67 процентов всех испытуемых образцов, а сила токсикологического воздействия сопоставима с пластмассами на основе нефтепродуктов.

Частично объяснение этому — поразительно большое количество химикатов, найденных в биопластиках. Химический анализ методом высокоэффективной жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии (UPLC-QTOF-MS) выявил в 80 процентах образцов наличие более 1000 химических соединений, что на порядок больше, чем в исследованиях, опубликованных ранее. Эти данные подчеркивают сложность оценки токсичности биопластиков и пластиков в целом, и определяют неоднородность значений от образца к образцу.

Таким образом, в оценке безопасности биоразлагаемых материалов нет критерия их химической цитотоксичности, и хотя на рынке присутствуют безопасные с этой точки зрения биопластики, что подтверждает данное исследование (био-полиэтилен), назвать биопластики полностью безвредными и экологичными нельзя.