Новости

6 июля, 2023 13:39

Биоразлагаемая упаковка продлит срок годности продуктов

Ученые разработали композитную пленку для упаковки продуктов на основе растительных полимеров, которая защищает пищу от ультрафиолетового излучения, бактерий и влаги, при этом позволяя «дышать». Благодаря таким свойствам предложенный материал можно будет использовать в быту и на производствах для увеличения срока хранения продуктов и предотвращения их порчи. Кроме того, композитная пленка полностью биоразлагаема, а потому станет хорошей альтернативой многослойным неперерабатываемым упаковкам. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Nanomaterials.
Источник: Freepik

Сегодня существуют различные способы сохранения продуктов свежими: например, асептическая технология Tetra Pak, когда для долговременного хранения содержимое и упаковку стерилизуют отдельно. Но этот и подобные подходы не всегда экологичны: обычно такие упаковки многослойны и не подлежат переработке. В последние годы экологичность выходит на передний план, поэтому материалы для упаковки должны не только иметь хорошие барьерные свойства и предохранять продукты от порчи, но и быть биоразлагаемыми.

Группа ученых из Института элементоорганических соединений РАН имени А. Н. Несмеянова (Москва) с коллегами разработала пленку для упаковки пищи, которая сочетает в себе все эти качества и даже может продлить срок хранения некоторых продуктов. За основу авторы взяли эфирное масло чайного дерева, которое известно своими антимикробными и антиоксидантными свойствами, которые могли бы быть полезными в упаковке пищевых продуктов. Однако такое масло сложно ввести в состав полимерной матрицы (например, полиэтилена), потому что некоторые его компоненты летучи и несовместимы с компонентами пленки.

У этого ограничения есть решение: микрочастицы масла чайного дерева можно инкапсулировать («завернуть») в наноконтейнеры, которые защитят их от улетучивания и разрушения. При этом сохранить биологическую активность  вещества позволяет то, что молекулы постепенно высвобождаются из капсул. Примером таких наноконтейнеров служат металлоорганические каркасы — пористые кристаллические материалы, физическими свойствами которых можно управлять, варьируя их структурные компоненты — органические перемычки (линкеры) и металл-содержащие узлы.


Демонстрация разработанной пленки коллективом. Источник: Валентин Новиков.

Такие материалы уже активно используются в науке и медицине, но практически не  изучались в аспекте пищевой промышленности. Для своей разработки ученые выбрали один из наиболее популярных биосовместимых металлорганических каркасов — MIL-100(Fe), — получаемый экологически безопасным способом из солей железа и органической кислоты.

В вакуумных условиях и при температуре 85°С ученые включили активные компоненты масла чайного дерева в состав металлорганического каркаса. Затем заполненные наноконтейнеры ввели в матрицу на основе двух растительных полимеров, которые широко используются в пищевой промышленности в качестве загустителей и влагоудерживающих агентов. После этого авторы экспериментально исследовали механические свойства полученных пленок, а также  микроструктуру их поверхности, паропроницаемость, прозрачность и возможные антибактериальные свойства.


Источник: «Центр исследования строения молекул» ИНЭОС РАН

Лучшие результаты показали образцы, в которых концентрация наночастиц не превышала 2% от массы. При более высоких значениях однородность полимерной матрицы нарушалась из-за агрегации частиц, вследствие чего пленки приобретали шероховатую поверхность. Эксперименты показали, что разработанные пленки обладают антибактериальной активностью, а также блокируют ультрафиолетовое излучение, которое приводит к ускоренной порче продуктов. Кроме того, у предложенных материалов выявили хорошие показатели износостойкости, прочности и влагонепроницаемости.
«Сочетание металлорганических каркасов с природными полимерами может быть одним из возможных ключей к созданию экологичной и биосовместимой пищевой упаковки нового поколения. Благодаря использованию возобновляемого сырья такая упаковка поможет решить глобальные экологические проблемы, связанные с чрезмерным потреблением синтетических пластиков. В дальнейшем мы планируем совершенствовать механические и водоустойчивые свойства разработанных нами материалов. Что касается стоимости — полиэтилен дешевле любых альтернатив, но есть надежда, что в обозримом будущем стоимость такой пленки станет достаточно низкой для практического применения», — рассказывает Валентин Новиков, заведующий кафедрой химической физики функциональных материалов МФТИ.
В работе принимали участие исследователи из Московского физико-технического института (Москва), Научно-исследовательского института по изысканию новых антибиотиков имени Г. Ф. Гаузе (Москва), НОЦ «Композиты России» Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана (Москва) и Университета Сириус (Сочи).

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ
24 апреля, 2024
Компьютерное зрение сможет точнее выявлять рак по характеру клеточного узора
Ученые предложили подход к анализу микрофотографий клеточных слоев, который позволяет в два раза у...
23 апреля, 2024
Люди каменного века умели использовать окружающий ландшафт для своих целей
Ученые впервые подробно описали рельеф местности на момент обитания людей на стоянках Быки на терр...