В состав материала входят компоненты кожуры цитрусовых и экзоскелетов ракообразных.
Неизбирательное использование упаковочных материалов, полученных из нефти, привело к огромному скоплению пластика на свалках и в океане, поскольку эти материалы имеют низкую способность к разложению и не подвергаются значительной переработке.
Чтобы смягчить эту проблему и удовлетворить растущий спрос на продукты, безопасные для здоровья человека и окружающей среды, пищевая промышленность инвестирует в разработку более устойчивых альтернатив упаковки, которые сохраняют пищевые качества, а также органолептические характеристики, такие как цвет, вкус, запах и текстура.
Примером может служить пленка, изготовленная из соединения, полученного из лимонена, основного компонента кожуры цитрусовых, и хитозана, биополимера, полученного из хитина, присутствующего в экзоскелетах ракообразных.
Эта пленка была разработана исследовательской группой в штате Сан-Паулу, Бразилия, в которую вошли ученые кафедры материаловедения и биопроцессов Школы химического машиностроения Государственного университета Кампинас (FEQ-UNICAMP) и Центра упаковочных технологий Института технологии пищевых продуктов (ITAL) Государственного департамента сельского хозяйства и снабжения Сан-Паулу, также в Кампинасе.
О результатах исследования сообщается в статье, опубликованной в журнале Food Packaging and Shelf Life.
«Мы сосредоточились на лимонене, потому что Бразилия - один из крупнейших в мире производителей апельсинов (если не самый большой), а Сан-Паулу - ведущий штат по производству апельсинов», - сказал Roniérik Pioli Vieira, последний автор статьи и профессор FEQ-UNICAMP.
Лимонен ранее использовался в пленке для упаковки пищевых продуктов для повышения сохранности благодаря его антиоксидантному и антимикробному действию, но его эффективность ухудшается из-за летучести и нестабильности в процессе производства упаковки даже в лабораторных масштабах.
Это одно из препятствий на пути использования биоактивных соединений в коммерческой упаковке. Ее часто производят в процессах, связанных с высокими температурами и высокими скоростями сдвига из-за резки или формовки. Биоактивные добавки легко разлагаются в этих процессах.
«Чтобы решить эту проблему, нам пришла в голову идея использовать производное лимонена под названием поли(лимонен), которое не является летучим или особенно нестабильным», — сказал Vieira.
Исследователи выбрали хитозан для матрицы пленки, поскольку он является полимером природного происхождения и обладает хорошо известными антиоксидантными и антимикробными свойствами. Их гипотеза заключалась в том, что объединение двух материалов позволит получить пленку с улучшенными биологически активными свойствами.
В лаборатории ученые сравнили пленки с лимоненом и поли(лимоненом) в различных пропорциях, чтобы найти способ соединить их с хитозаном, поскольку теоретически они не смешиваются. Исследователи выбрали полимеризацию, процесс, при котором полимеры производятся из более мелких органических молекул. В этом случае они использовали соединение с полярными химическими функциями, чтобы запустить реакцию и усилить взаимодействие между добавкой и полимерной матрицей. Затем они проанализировали полученную пленку, чтобы оценить такие свойства, как антиоксидантная способность, защита от света и водяного пара, а также устойчивость к высоким температурам.
Результаты были весьма удовлетворительными. «Пленки с добавкой поли(лимонена) превзошли пленки с лимоненом, особенно с точки зрения антиоксидантной активности, которая была примерно в два раза сильнее», - сказал Vieira.
Вещество также удовлетворительно зарекомендовало себя в качестве блокатора ультрафиолетового излучения и оказалось нелетучим, что делает его пригодным для крупномасштабного производства упаковки, где условия обработки более жесткие.
Пленки еще не доступны для использования производителями, главным образом потому, что пластик на основе хитозана еще не производится в достаточно больших масштабах, чтобы быть конкурентоспособным, а также потому, что процесс производства поли(лимонена) необходимо оптимизировать для повышения выхода и производительности и тестировать при производстве коммерческой упаковки.
«Наша группа работает над этим. Например, мы исследовали другие области применения поли(лимонена) в биомедицине. Мы пытаемся продемонстрировать многофункциональность этой добавки, происхождение которой возобновляемо», - говорит Vieira.
Статья с сайта «Food Manufacturing», 17 июля 2023 г.
Перевод подготовила Елена Михаленко
Материал дублирует печатную версию статьи, опубликованную в журнале "Межрегиональная промышленность и торговля" №2(66) за 2023 г.