Valorization of kitchen waste via garbage enzyme fermentation: optimization and formulation of a sustainable bio-shampoo

Elke dag genereren huishoudens over de hele wereld een constante stroom organisch afval: fruitschillen, groenteafsnijdsels en restjes voedsel. Wanneer dit materiaal op stortplaatsen wordt gegooid, ontbindt het zonder zuurstof, een proces dat methaan vrijgeeft, een krachtig broeikasgas dat warmte veel effectiever vasthoudt in de atmosfeer dan koolstofdioxide. Decennialang hebben wetenschappers en milieuactivisten gezocht naar manieren om dit probleem in een oplossing te veranderen, waarbij ze verder gaan dan eenvoudige afvoer naar een systeem waar afval een grondstof wordt. Een dergelijke aanpak omvat een techniek die bekend staat als garbage enzyme fermentatie. Deze methode berust op een eenvoudige mengeling van organisch afval, een suikerbron en water, die in een afgesloten container wordt gelaten om te fermenteren. In de loop van de tijd breken natuurlijke micro-organismen de complexe structuren van het voedselafval af, waardoor ze worden getransformeerd in een vloeistof die rijk is aan organische zuren en enzymen. Deze biologische hulpmiddelen kunnen vuil oplossen, vetten afbreken en zelfs fungeren als een schoonmaakmiddel, wat een manier biedt om huishoudelijk afval te recyclen tot iets nuttigs voor het huis en het milieu.

Een onderzoeker van de High School for the Gifted in Ho Chi Minhstad, Vietnam, heeft onlangs geprobeerd dit proces te verfijnen en te zien of de resulterende vloeistof kon worden omgezet in een verzorgingsproduct. Het doel was om een shampoo te creëren die het haar reinigt zonder gebruik te maken van harde, op aardolie gebaseerde chemicaliën, terwijl tegelijkertijd werd bewezen dat keukenafval kon worden omgezet in een hoogwaardig, veilig en effectief consumentengoed. De studie richtte zich op twee hoofdvragen: hoe de fermentatieprocedure sneller en betrouwbaarder te maken en of de uiteindelijke vloeistof geformuleerd kon worden tot een shampoo die mild genoeg is voor menselijk gebruik.

Om deze vragen te beantwoorden, begon de onderzoeker met het testen van verschillende manieren om de ingrediënten voor te bereiden. Het standaardrecept voor dit type fermentatie vereist een specifieke verhouding van suiker, afval en water, maar de fysieke staat van het afval en het type suiker dat werd gebruikt, waren niet strikt vergeleken. De onderzoeker testte vier variaties in de eerste ronde van experimenten. Sommige gebruikten hele, ongesneden fruitsschillen en groenteafsnijdsels, terwijl andere stukjes gebruikten die in kleine blokjes van ongeveer een halve centimeter tot één centimeter groot waren gehakt. De suikerbron varieerde ook, waarbij sommige batches gebruik maakten van geraffineerde witte kristalsuiker en andere van melasse, een dikke, donkere siroop die overblijft na de suikerproductie. Geen van deze initiële batches kreeg enige toegevoegde bacteriën of gisten; ze vertrouwden volledig op de microben die natuurlijk aanwezig waren op het voedselafval. Na dertig dagen waren de resultaten teleurstellend. De mengsels met heel, ongesneden afval vertoonden bijna geen tekenen van afbraak. Zelfs het gehakte afval fermenteerde zeer traag en slaagde er niet in om de sterke, zure geur te ontwikkelen die wijst op een succesvolle transformatie. De natuurlijke microben op het afval waren simpelweg niet voldoende om het proces binnen een maand efficiënt aan te drijven.

De onderzoeker introduceerde vervolgens een tweede reeks experimenten, waarbij deze keer een kleine hoeveelheid van een commerciële microbiële starter genaamd Emzeo aan elke batch werd toegevoegd. Deze preparatie bevat specifieke stammen van bacteriën en schimmels die bekend staan om het afbreken van plantenvezels en zetmeel. Met deze toevoeging veranderden de resultaten drastisch. De mengsels die gehakte afval en melasse gebruikten, transformeerden het snelst en meest volledig. In deze containers loste het vaste voedselafval volledig op, waarbij een heldere, lichtbruine vloeistof achterbleef met een dikke, witte laag microbiologisch leven die aan het oppervlak dreef. Deze vloeistof had een duidelijke, aangename geur die zowel zoet als zuur was, zoals een fruitige azijn. De andere combinaties, zoals die met heel afval of witte suiker, vertoonden nog steeds tekenen van onvolledige afbraak of zwakkere microbiële groei. De gegevens bevestigden dat het hakken van het afval in kleine stukjes het oppervlak vergrootte waar de microben op konden werken, en dat melasse een rijker dieet van voedingsstoffen en mineralen bood dan geraffineerde suiker, waardoor de begunstigde bacteriën snel konden vermenigvuldigen en de gewenste enzymen en zuren in slechts dertig dagen konden produceren.

Zodra het optimale fermentatieproces was geïdentificeerd, testte de onderzoeker de reinigingskracht van de resulterende vloeistof. De vloeistof werd gefilterd om vaste deeltjes te verwijderen en werd vervolgens aangebracht op glazen, keramische tegels en roestvrijstalen oppervlakken die besmeurd waren met motorolie, kookvet en synthetisch sebum. De vloeistof werkte opmerkelijk goed. Binnen vijf minuten verwijderde het alle drie de soorten hardnekkige vlekken van de harde oppervlakken zonder dat er intensief geschrobd hoefde te worden. De reinigende werking leek voort te komen uit een combinatie van factoren: de enzymen in de vloeistof braken de vetten en eiwitten in het vuil af, terwijl de natuurlijke zuren de minerale afzettingen oplosten en hielpen het vuil weg te tillen. Dit toonde aan dat het gefermenteerde afval niet alleen een theoretische oplossing was, maar een praktische, effectieve reiniger.

De laatste stap was om deze reinigingsvloeistof om te zetten in een shampoo. De onderzoeker nam de best presterende gefermenteerde vloeistof en mengde deze met natuurlijke plantenextracten, waaronder die van de gleditsia-vrucht, citroenschil en citroengras. Om de mengeling de juiste textuur en dikte te geven, werd een kleine hoeveelheid van een natuurlijk verdikkingsmiddel en zout toegevoegd. Het resultaat was een heldere, lichtbruine vloeistof met een frisse, kruidige citrusgeur. Bij testen produceerde de shampoo een stabiel, rijk schuim en, het belangrijkste, had het een pH-waarde van 5,5. Deze specifieke zuurgraad is cruciaal omdat deze overeenkomt met de natuurlijke pH van de menselijke hoofdhuid, wat helpt om de huid gezond te houden en de haarschubben glad te houden. Veel commerciële shampoos zijn meer alkalisch, wat de natuurlijke oliën kan weghalen en de huid kan irriteren. Deze nieuwe formulering was echter volledig vrij van sulfaten, de harde detergentia die in de meeste winkelgekochte shampoos worden gevonden en afkomstig zijn van aardolie. Het reinigde het haar effectief, waarbij vet werd verwijderd zonder dat het haar droog of beschadigd aanvoelde.

De studie concludeert dat door de grootte van de afvalstukjes zorgvuldig te controleren, de juiste suikerbron te kiezen en een specifieke microbiële starter toe te voegen, het mogelijk is om binnen slechts één maand keukenafval om te zetten in een hoogwaardige, milieuvriendelijke shampoo. Dit proces biedt een dubbel voordeel: het voert organisch afval af van stortplaatsen, waardoor de uitstoot van schadelijke broeikasgassen wordt verminderd, en het creëert een duurzaam product dat de milieu- en gezondheidszorgen rondom synthetische chemicaliën vermijdt. Het onderzoek suggereert dat de principes van de circulaire economie, waarbij afval continu wordt hergebruikt om nieuwe waarde te creëren, op kleine schaal in het huishouden kunnen worden toegepast om goederen te produceren die zowel effectief zijn voor dagelijks gebruik als zacht voor de planeet. Toekomstig werk zal zich richten op het meten van de exacte niveaus van enzymen in de vloeistof en het testen hoe lang de shampoo stabiel blijft in de schappen, maar de eerste bevindingen bieden een duidelijk en veelbelovend pad vooruit voor duurzame persoonlijke verzorging.