انتاج البلاستيك الحيوي من شرش اللبن

إعداد: د.آيات أحمد خضر - باحث بقسم بحوث تكنولوجيا تصنيع الألبان بمعهد بحوث تكنولوجيا الأغذية – مركز البحوث الزراعية

تعتبر تقنية إنتاج البلاستيك الحيوي من شرش اللبن (Whey) طفرة نوعية في مجال التكنولوجيا الحيوية ودمجها مع الاستدامة البيئية، حيث تحول أكبر مخلفات صناعة الأجبان عبئاً للبيئة إلى بوليمرات حيوية ذات قيمة اقتصادية عالية قابلة للتحلل الكامل وتنافس البلاستيك التقليدي المشتق من البترول .

كيفية عمل هذه التقنية، وأهم السلالات المستخدمة ومستقبل هذه الصناعة :

كيف يتحول الشرش إلى بلاستيك؟

تعتمد العملية بشكل أساسي على التخمير البكتيري المتطور ( المسار التكنولوجي الحيوي )، وتمر بأربع مراحل رئيسية داخل مصافي حيوية :

1. الفصل والتركيز ( Pre-treatment & Ultrafiltration ) :

حيث يتم تمرير الشرش الخام عبر مرشحات دقيقة لفصل بروتينات شرش اللبن والتي تباع بشكل منفصل كمكملات غذائية عالية القيمة.

بينما السائل المتبقي المخفف (Permeate) يكون غني جداً بسكر اللاكتوز (بتركيز يصل إلى 4-5%) وهو المستهدف للتخمير.

2. التخمير والمحاكاة الأيضية (Microbial Fermentation) :

يُضخ سائل ال (Permeate) الغني باللاكتوز داخل مفاعلات حيوية (Bioreactors) تحتوي على سلالات ميكروبية متخصصة

1. لانتاج حمض البولي لاكتيك (PLA) وهو البلاستيك الحيوي الأكثر إنتشارا تجاريا حيث يتم تحويل سكر اللاكتوز إلى حمض اللاكتيك (Lactic Acid) بواسطة بكتيريا حمض اللاكتيك والتي تكون عادة سلالات Lactobacillus ، بمجرد امتلاء الخلايا بالبوليمر (والتي قد تشكل من 70% إلى 80% من وزن الخلية الجاف)، يتم فصل الكتلة الحيوية للبكتيريا عن السائل باستخدام الطرد المركزي ثم يُجمع الحمض كيميائياً عن طريق عملية البلمرة لتشكيل البلاستيك الحيوي. والذي يتميز بشفافية وصلابة عالية ويستخدم في صناعة زجاجات المياه لمرة واحدة وأكواب و أغلفة للاغذية

1. لانتاج حمض البولي هيدروكسي ألكانات او حمض بولي هيدروكسي بيوتريك (PHA او PHB) وهذا النوع هو الجيل الأحدث والاكثر استدامة حيث تستخدم سلالات بكتيرية متخصصة مثل Priestia megaterium أو Haloferax mediterranei

تتغذى هذه الكائنات على اللاكتوز ووفرة من الكربون وحرمانها من النيتروجين فتقوم بتخزين الطاقة في خلاياها على شكل حبيبات بلاستيكية طبيعية وتفجر الخلايا بعد ذلك باستخدام الماء العذب والاحماض الخفيفة لفصل مسحوق البلاستيك الحيوي وتجفيفه وتركز الأبحاث الحديثة على الاستخلاص الصديق للبيئة باستخدام الإنزيمات الطبيعية أو التحلل الحراري بدلاً من المذيبات الكيميائية السامة (مثل الكلوروفورم) للحفاظ على شهادة المنتج كمنتج أخضر بالكامل.ويتميزهذا النوع بقدرته على التحلل البيولوجي الكامل في التربة او البيئات المائية ويستخدم في الاكياس والالواح الورقية المغلفة والمستلزمات الطبية.

الجدوى الاقتصادية ونظام المصافي الحيوية الدائرية (Biorefineries):

من أهم التحديات التي واجهت هذا الابتكار هي تكلفة الإنتاج المرتفعة مقارنة بالبلاستيك النفطي الرخيص. وسعى العلماء لحل هذه المشكلة عن طريق المصافي الحيوية الدائرية وهذا المخطط يوضح كيفية تقلبل التكلفة عن طريق الاستفادة من جميع مكونات الشرش

الميزات البيئية للمنتج النهائي مصنفة حسب تأثيرها الحركي في البيئة

1. بصمة كربونية منخفضة للغاية عن طريق تقليل الغازات الدفيئة التي تنبعث من عملية إنتاج البلاستيك الحيوي (مثل ثاني أكسيد الكربون) الموجود في المنتج النهائي مستمد أساساً من الهواء (عبر النباتات التي أكلتها الماشية ثم أفرزتها في اللبن) مما يعني أنه عند تحلل البلاستيك لا يضيف كربوناً "جديداً" إلى الغلاف الجوي مما يقلل من نسبة الكربون بمعدل 60% إلى 80% مقارنة بالبلاستيك النفطي.
2. قابليته الكاملة للتحلل الحيوي حيث يتحلل بلاستيك PHA بالكامل في البيئة الطبيعية (التربة، مياه الأنهار، والمحيطات) خلال فترة تتراوح بين 3 إلى 6 أشهر بفعل الميكروبات الطبيعية، ليتحول إلى ماء وثاني أكسيد كربون وثروة حيوية للتربة و يتحلل بلاستيك PLA كلياً خلال 90 يوماً في منشآت التسميد الصناعي، مما يتيح التخلص منه مع بقايا الطعام لإنتاج أسمدة عضوية عالية الجودة.
3. تعزيز مفهوم "صفر نفايات" (Zero Waste) في مصانع الألبان أى تحويل هذا الشرش إلى بلاستيك حيوي يحمي المنظومات المائية المحلية من التلوث الكيميائي والبيولوجي الخطير.
4. لا يحتوي المنتج النهائي على المركبات المستعملة في البلاستيك التقليدي، وهي مواد قد تنتقل إلى الأطعمة وتسبب اضطرابات هرمونية وسرطانية.
5. آمن للأغذية والطب: مادة PLA و PHA الحيوية حاصلة على اعتمادات دولية لأمان ملامسة الغذاء، بل وتُستخدم في العمليات الجراحية (كخيوط وصفائح قابلة للامتصاص) لعدم تسببها في أي سمّية للجسم البشري.

وفي الختام أود أن أقول أنه لم تعد حماية كوكبنا رفاهية، بل أصبحت بحاجة إلى حلول مبتكرة تنبع من قلب قطاعاتنا التقليدية. وإن إنتاج عبوات صديقة للبيئة من شرش اللبن يثبت أن الطبيعة تمنحنا دائماً الحلول؛ وكل ما علينا هو إدارتها بذكاء لتكون خطوة خضراء نحو غدٍ خالٍ من التلوث البلاستيكي."

المراجع

Chalannavar, R. K., Gunagi, V. U., Hosamani, P. A., Divakar, M. S., & Malabadi, R. B. (2026). Dairy waste by products: An updated Review. International Journal of Biological and Pharmaceutical Sciences Archive, 11(1), 34-40.

‏ Khattab, A. M. (2022). Production of bio plastic (polyhydroxyalkanoates) from cheese whey by isolated Bacillus cereus. Al-Azhar Journal of Agricultural Research, 47(2), 198-207.

Rahman, R., Sood, M., Gupta, N., Bandral, J. D., Hameed, F., & Ashraf, S. (2019). Bioplastics for food packaging: a review. Int. J. Curr. Microbiol. Appl. Sci, 8(3), 2311-2321.

*باحث بقسم بحوث تكنولوجيا تصنيع الألبان بمعهد بحوث تكنولوجيا الأغذية – مركز البحوث الزراعية