Kui köögis midagi maitsvat valmistada, siis valatakse smuuti tegemiseks vajalikud koostisained blenderisse, koogi valmistamiseks segatakse jahu ja munad või sõtkutakse tainast, et saavutada täiuslik tekstuur. Ei ole vaja peeneid aineid ega ekstreemseid tingimusi — natuke mehaanilist jõudu teeb kogu töö ära.

„Keemia on kurikuulus mürgiste jääkide tekitamisel, seetõttu on jätkusuutlike tehnoloogiate arendamine hädavajalik,“ rõhutab TalTechi keemiaprofessor, supramolekulaarse keemia uurimisrühma juht Riina Aav. Probleemi lahendamiseks on tema sõnul teadlased õppinud keeruliste molekulide loomiseks rakendama hoopis mehhanokeemiat. „Selle asemel, et keeta ohtlikke kemikaalide segu söövitavates mineraalhapetes ja kasutada keerulisi laboriseadmeid, nad lihtsalt raputavad, jahvatavad ja segavad tahkeid aineid — nagu küpsetistaigna või smuuti valmistamine, kuid nutika krutskiga,“ toob võrdluse kokandusest selle uurimistöö esiautor doktorant Elina Suut-Tuule. 

Uutmoodi „kõrvitsaretsept“

Traditsiooniliselt on eriliste kõrvitsaliste perekonna (cucurbitaceae) molekulide, nagu näiteks biotiin[6]uriil, mille õõnsus suudab lõksu püüda väiksemaid ühendeid, valmistamine olnud pikk ja tülikas protsess. „Eelnevalt nõudis selle valmistamine suurtes koguses tugevaid happeid lahustina, pikki reaktsiooniaegu ja tekitas hulgaliselt ohtlikke jäätmeid. Siiski on biotin[6]uriil kasulik meditsiinis transmembraanse aniooni kandjana ning võib käituda molekulaarretseptorina ka teistes kasutuvaldkondades, seetõttu on antud molekuli süntees vajalik,“ selgitab Aav. 

Nii ongi TalTechi supramolekulaarse rühma teadlased, kuhu lisaks Aavale kuuluvad Elina Suut-Tuule, Eve Schults, Tatsiana Jarg ja Dzmitry Kananovich, leidnud puhtama, kiirema, tõhusama ja keskkonnasõbralikuma viisi biotiin[6]uriili valmistamiseks ehk mehhanokeemia. 

„Meetod tugineb mehaanilise jõu kasutamisel tahkete kemikaalide segamiseks ja nende vahelise reaktsiooni käivitamiseks, et asendada eelnev ohtliku segu keetmine,“ märgib vanemteadur Dzmitry Kananovich. „Varasemalt on olnud kontrollitud tingimustes jahvatamine teaduslaborites puudulik, see tehniline probleem on laboratoorsete kuulveskite kasutuselevõtuga nüüdseks lahendatud.“

See tähendab, et tahked koostisosad pannakse kuulveskisse, segatakse seal kokku ja seejärel asetatakse segu ahju, et lasta keemial ülejäänud töö ära teha. „See on nagu küpsisetaigna valmistamine — kus õiged koostisosad, koos mõningase segamise ja kuumutamisega ahjus, moodustavad midagi täiesti uut,“ selgitab magistrant Eve Schults.

Kuidas “molekulaarne küpsetamine” täpsemalt välja näeb?

Selleks, et protsessist täpsemalt aru saada, soovitavad teadlased kujutada ette ideaalse kujuga kõrvitsa vormimist tillukestest molekulaarsetest ehitusklotsidest.

Kõigepealt võetakse kaks põhikoostisosa: D-biotiin (B7 vitamiin, mida leidub paljudes toitudes) ja paraformformaldehüüd. „Varem kasutati nende ehitusklotside kokkupanekuks suurt kogust hapet, kuid nüüd lisatakse vaid mõned tilgad ehk ligi 200 korda vähem —nagu retseptis hoolikalt mõõdetud koostisosa,“ selgitab Suut-Tuule.

Seejärel pannakse kõik kuulveskisse, mis raputab ja jahvatab koostisosad kokku. Jahvatamine aitab vitamiini molekulidel hakata õigesti kokku koonduma. Kui segamine on lõpetatud, asetatakse jahvatatud segu inkubaatorisse ehk teadlaste ahju. Õigel temperatuuril ja sobiva aja möödudes molekulid iseorganiseeruvad ning "küpsevad" täiusliku kujuga molekulaarseks kõrvitsaks — biotiin[6]uriiliks. Suut-Tuule ja Aav rõhutavad, et tänu “molekulaarsele küpsetamisele” on muutunud keemia kiiremaks, puhtamaks ja jätkusuutlikumaks — üks väike molekulaarne kõrvits korraga! 

Jahvatamine rohelisema tuleviku nimel?

Kõige põnevam on TalTechi teadlaste sõnul aga see, et mehhanokeemiline lähenemine ei hõlma ainult biotiin[6]uriili valmistamist kümnetes grammides, vaid võib täielikult muuta ka seda, kuidas toodetakse kõike alates ravimitest kuni materjalideni kilogrammides ja tonnides. See annab aimu, kui palju võib muutuda keskkond puhtamaks, kui ravimi- ja keemiafirmad suudaks elupäästvaid ravimeid ja teisi kemikaale toota ilma mürgiseid jäätmemägesid tekitamata või tööstused looksid uusi ja jätkusuutlikke materjale lihtsalt jahvatades õigeid koostisosi vähese mehhaanilise jõuga. „Raputamine, segamine ja jahvatamine ei ole ainult köögis kasutamiseks — need võivad olla just need salajased protsessid, mis viivad keemia puhtama ja rohelisema tuleviku suunas.“ 

Loe TalTechi Eesti Ringmajanduse tippkeskusesse SOURCES kuuluvate teadlaste ressursiefektiivsemate keemiliste meetodite väljatöötamisest rahvusvahelisest väljaandest ChemSusChem – Chemistry-Sustainability-Energy-Materials.