问题

鱿鱼体内的透明的类似塑料的软骨是由什么元素构成的?可以被自然降解吗?可以用来代替塑料吗?

回答
关于鱿鱼体内那种透明、类似塑料的软骨,我们来好好聊聊它到底是什么,能不能回归自然,以及有没有可能成为我们日常生活中塑料的替代品。

那层“塑料”究竟是什么?

鱿鱼的这种透明软骨,其实是它身体里一种非常特别的结缔组织,主要成分是一种叫做甲壳素(chitin)的复杂糖类聚合物。你可能对甲壳素不熟悉,但说起它的一些近亲,你就知道了:虾、蟹等甲壳类动物的硬壳,以及昆虫的外骨骼,也都富含甲壳素。

甲壳素本身是一种白色、不透明的物质。那么,为什么在鱿鱼身上,它会呈现出那种几乎完全透明、又带着点韧性的“塑料感”呢?这得益于它在鱿鱼体内的组织结构和成分的微妙搭配。鱿鱼的软骨不仅仅是纯粹的甲壳素,它还包含了蛋白质以及一些矿物质盐。这些成分协同作用,赋予了它特殊的物理性质:

透明度: 甲壳素在鱿鱼体内经过精细的组织化处理,其分子链的排列方式和周围的蛋白质基质,能够让光线在其中以特定方式传播,从而产生高度的透明感。这和我们看到的透明塑料,比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的透明原理有所不同,PET是依靠其分子结构本身能够让可见光几乎无阻碍地通过。
韧性与弹性: 甲壳素本身具有一定的强度,而蛋白质和矿物质盐则在其中起到了类似“柔化剂”或“骨架”的作用,让这种组织既有支撑力,又不至于脆裂,而是能承受一定的弯曲和拉伸。

所以,简单来说,鱿鱼的软骨是一种天然的、由甲壳素为主、辅以蛋白质和矿物质盐构成的生物复合材料。它并非我们意义上的合成塑料,但其外观和某些物理性能上确实与一些塑料有相似之处。

它能不能被自然降解?

答案是:绝对可以,而且降解得相当好。

甲壳素是一种天然的生物聚合物,这意味着它天生就属于自然界的循环系统。当鱿鱼死亡,它的身体组织会逐渐被微生物分解。

微生物的作用: 在自然环境中,存在着许多能够分解甲壳素的微生物,比如一些细菌和真菌。它们会分泌出特异性的酶(比如几丁质酶,chitinase)来切断甲壳素的长链分子。
分解产物: 甲壳素被分解后,会变成一些更小的、可溶性的糖类物质,以及氨基酸等营养成分,这些物质可以被土壤中的其他生物重新利用,成为生态系统的一部分。

相比之下,我们日常生活中使用的绝大多数石油基塑料,如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚氯乙烯(PVC),在自然环境中降解极其缓慢,可能需要数百年甚至上千年,而且降解过程中还会产生微塑料等有害物质。而鱿鱼的软骨,作为一种天然生物材料,其降解速度会快得多,而且是良性的,不会对环境造成长期污染。

它能不能用来代替塑料?

这是一个非常令人兴奋的可能性,也是科学家们正在积极探索的方向。从理论上讲,鱿鱼软骨的某些特性确实让它具备了替代一部分塑料的潜力:

优势:

1. 生物可降解性: 这是它最显著的优势。在全球环境问题日益严峻,尤其是塑料污染触目惊心的情况下,一种能够自然降解的材料具有巨大的吸引力。
2. 生物相容性: 作为生物组织,它对生物体通常是友好的,这意味着在某些生物医学领域,比如组织工程的支架材料,它可能有独特的应用前景。
3. 潜在的环保来源: 鱿鱼是一种常见的海洋生物,虽然我们不能随意捕捞特定物种只为取软骨,但如果能利用渔业副产品(比如在处理鱿鱼时剩余的软骨部分),则可以实现资源的循环利用,降低对石油资源的依赖。
4. 特殊功能性: 它的透明度和韧性组合,在某些特定场合可能比一般的塑料更有优势。

挑战与局限:

尽管有潜力,但要让鱿鱼软骨广泛地代替我们现在使用的塑料,还有不少实际的挑战需要克服:

1. 规模化生产的难度: 鱿鱼软骨的数量相对有限,而且获取和分离需要一定的工艺。如果我们要用它来制造大量日常用品,那么如何可持续、大规模地获取原料是一个关键问题。
2. 成本效益: 无论是从提取、加工到最终产品制造,整个过程的成本需要与现有的石油基塑料具有竞争力。目前来看,直接从鱿鱼身上提取的成本可能很高。
3. 性能优化: 鱿鱼软骨的性能(如强度、耐热性、阻隔性等)可能与特定应用的塑料有所差异。为了满足更广泛的需求,可能需要对其进行改性或与其他材料复合,以增强其机械性能、热稳定性或防水性等。
4. 加工技术: 如何将这种生物材料有效地加工成薄膜、片材、纤维或注塑成型零件,需要开发新的或改进现有的加工技术。
5. 来源的可持续性: 如果大规模提取鱿鱼软骨,必须确保不会对鱿鱼种群及其生态位造成负面影响。利用海洋捕捞的副产品是一个更可持续的思路。

替代的可能性在哪里?

尽管挑战重重,科学家们正围绕甲壳素及其衍生物(包括从鱿鱼软骨提取的材料)进行大量研究,它们可能在以下领域找到替代塑料的切入点:

包装材料: 特别是对于食品或对环境友好的包装需求。
生物医学材料: 如伤口敷料、药物缓释载体、组织工程支架。
纺织品和纤维: 类似人造丝的材料。
化妆品和食品添加剂: 作为增稠剂或稳定剂。

总而言之,鱿鱼体内的透明软骨是一种令人着迷的天然生物材料,它以甲壳素为骨架,具有独特的透明度和韧性,并且能够被微生物完全降解。虽然它不能简单地、大规模地直接取代我们现在生产的绝大多数塑料制品,但它所代表的甲壳素类生物材料,正为开发更环保、可持续的材料提供了宝贵的思路和潜力,尤其是在包装、生物医学等对降解性和生物相容性有特殊要求的领域,我们有理由期待它们未来的发展。这是一个关于自然智慧与科技创新相结合的有趣故事。

网友意见

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那是鱿鱼的内壳,在身体背部中间发挥支撑作用。它由水(含氢和氧)、多糖(β-甲壳素与β-壳聚糖)、二十种蛋白质(含蛋氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等十七种氨基酸)、无机盐(含钙、钠、镁、钾、锌、铜、铁、锰、铝、氯、碳、磷、氧、硒等)构成。多糖和蛋白质的组成元素主要是碳、氢、氧、氮,也有少量的硫、磷等。鱿鱼内壳的甲壳素含量通常是20%。

自然降解不太行。甲壳素还好,人体能消化得了(但还是有人打120求救“被鱿鱼壳卡嗓子了”)。碳酸钙为主体的无机物分解起来比塑料要慢得多。在蛋白质与多糖被微生物分解、部分无机盐被微生物利用之后,剩余的无机物会长期存在,跟海砂混在一起、逐渐破碎,有的成为沙滩的一部分,有的被酸化海水慢慢溶解,有的被泥沙掩埋。许多古头足类留下的内壳已经在地层里变成了化石,一些又被人类挖出来放进了博物馆。

内壳不能代替塑料——不用谈各种特殊塑料和工程塑料,你看着它像塑料勺子也不代表它的理化特性适合代替塑料勺子。但内壳有自己的用途。近年来,鱿鱼内壳已经被人类用来提取β-甲壳素与β-壳聚糖,开发利用其工业用途、药用和基因工程用途。

甲壳素已经被用作食品添加剂、保鲜喷涂剂、药品原料、化妆品原料、染料原料、织物原料、黏合剂、分离薄膜原料、离子交换树脂原料、纸张添加剂。

甲壳素或壳聚糖制成的可吸收手术缝合线、伤口敷料、人造皮肤、胸膜补片、脑膜补片、可注射凝胶等能加快人和动物的伤口愈合、修补受损的组织和骨骼,补片植入后会逐渐被组织包裹并吸收。壳聚糖可以搬运药物分子,也能作为非病毒的基因载体被细胞吸收。

甲壳素脱乙酰制成的改性壳聚糖具有吸附作用,可与许多有害气体进行化学反应,除去空气中的甲醛、TVOC等,2008年北京奥运会比赛场馆和奥运村就使用甲壳素产品处理甲醛污染。此种技术也可用来净化水质、处理废水。

此外,有科学家在缓慢地研究壳聚糖质子转运体的功能以构造质子晶体管。

这些用途一般不需要内壳里的蛋白质与无机盐,会用80%氢氧化钠溶液浸泡10小时等方法将它们去除。


现代头足类的内壳是古头足类的管状壳退化剩下的管背构造。不同物种的头足类动物的内壳形态与成分有差异。

现代乌贼的内壳有百分之八十到百分之八十五以上的成分是碳酸钙,质地较硬,通称乌贼骨。

现代鱿鱼的内壳是透明薄片,体型大的物种内壳也大。这是美洲大赤鱿的内壳:


现代章鱼没有内壳,比较接近章鱼与乌贼的古代共同祖先的幽灵蛸有内壳。


附:乌贼骨的用途

乌贼骨在历史上曾被磨碎制成抛光粉、牙膏原料、胃药(碳酸钙可以和盐酸发生化学反应),现在经常被磨碎作为宠物补钙食品,长期以来也是一味中药材。乌贼骨能承受高温而且质地易于雕刻,可以被加工成小型金属铸件的制模材料,用于制造珠宝和小型雕塑。过去二百多年里也有人直接雕刻乌贼骨作为艺术品。

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