По разным оценкам, от 40% до 50% собранных фруктов и овощей так и не доходят до потребителей, теряясь где-то между фермой и прилавком. Это огромные потери, причем не только материальные: вместе со сгнившими или высохшими по дороге к потребителю овощами и фруктами теряется затраченный труд и немалые ресурсы, потраченные на выращивание продовольствия. Правильная упаковка может предотвратить значительную часть этих потерь, защищая продукцию от воздействия воздуха, влажности и физических повреждений. Однако пластик, который на сегодняшний день является самой распространенной основой для упаковки сельскохозяйственной продукции, наносит значительный ущерб окружающей среде.
«Наша лаборатория уже давно занимается поиском путей продления срока хранения сельскохозяйственной продукции с одновременным снижением зависимости от нефтехимических пластиков», — говорит соавтор разработки, профессор сельскохозяйственного факультета Университета Кюсю Фумихико Танака.
Японские ученые обратились к побочным продуктам сельского хозяйства — отходам самого пищевого производства. На этот раз использовалась тыквенная кожура, которая составляет примерно 10% веса плода и богата органическими веществами. Кожуру нагревали под высоким давлением, затем охлаждали и подвергали сублимационной сушке. В итоге получался тонкий черный порошок — так называемые углеродные квантовые точки (CQDs) размером около 10 нанометров.
Эти наночастицы обладают двумя важными свойствами: они блокируют ультрафиолет и обладают антимикробным действием. За счет этого поверхность продукта меньше страдает от света и микробов, замедляется потемнение и деградация овощей и фруктов.
Затем разработчики смешали квантовые точки с пищевыми полимерами — карбоксиметилцеллюлозой и желатином — и получили тонкую пленку. Добавление всего 3 % CQDs увеличило прочность полученного материала на растяжение на 147 % и снизило его проницаемость для водяного пара. Это значит, что такая упаковка лучше выдерживает вибрации и удары при перевозке и одновременно помогает удерживать в овощах и фруктах влагу, препятствуя усушке и вялости плодов.
«Обычно для антимикробной упаковки используют наночастицы металлов, например, оксид цинка или серебро, что дает больший экологический след», отмечает доцент Фумина Танака. Новый материал целиком основан на органическом сырье и показал хорошую биосовместимость в эффективных концентрациях.
В эксперименте с помидорами черри пленка с CQDs заметно лучше сохраняла их свежесть по сравнению как с отсутствием упаковки, так и с обычной пластиковой оберткой: число микробов на поверхности помидоров росло гораздо медленнее, плоды меньше теряли вес и дольше оставались упругими.
Безопасность полученного материала разработчики проверили отдельно. Тесты жизнеспособности клеток показали отсутствие токсичности при концентрациях до 2 мг/мл CQDs, тогда как в реальном покрытии используется лишь доля этой дозы при толщине порядка 0,01 мм. Дополнительно потенциальное воздействие CQDs на организм можно снизить простым мытьем или очисткой плода.
Преимущество нового материала еще и в том, что его можно использовать как в виде отдельной пленки, так и распылять прямо на поверхность продукта, покрывая только наиболее уязвимые участки и сокращая объем упаковки. В будущем команда планирует добавить в состав материала природные противогрибковые компоненты, например эфирные масла, чтобы лучше защищать плоды от плесени.
«Холодовая логистическая цепь в большей части Азии все еще слабо развита, поэтому мы надеемся, что наша технология, сохраняющая продукты при комнатной температуре, поможет там, где такой инфраструктуры не хватает», — говорит доцент Танака. А в качестве приятного бонуса ученые обнаружили, что CQDs светятся под УФ-лампой, и оттенок зависит от размера частиц — в перспективе это свойство может превратить упаковку не только в защиту для еды, но и в своеобразную основу для рисунков и надписей.
Ранее в России создали съедобную «упаковку» для фастфуда.
Источник: hi-tech.mail.ru