Επιμέλεια Ελένη Τσαγκά
Η λιγνοκυτταρινική βιομάζα έχει τραβήξει την προσοχή της επιστημονικής κοινότητας τις τελευταίες δύο δεκαετίες δεδομένου ότι αντιπροσωπεύει μια πολλά υποσχόμενη πρώτη ύλη για την παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας. Σε παγκόσμιο επίπεδο, παράγονται σημαντικές ποσότητες λιγνοκυτταρινικών υπολειμμάτων από το εμπόριο και τη βιομηχανία, τη δασοκομία και τη γεωργία, τα περισσότερα από τα οποία καίγονται ως απόρριψη.
Σε μία νέα επιστημονική μελέτη που δημοσιεύτηκε στο ειδικό τεύχος «Προϊόντα Προστιθέμενης Αξίας από Αγροδιατροφικά Υπολείμματα» και εκπονήθηκε από το Τμήμα επιστημών και Τεχνολογιών Τροφίμων του Πανεπιστημίου της Cordoba στην Ισπανία, μεμβράνες που διαμορφώθηκαν με πολυβινυλική αλκοόλη (PVA) (συνθετικό βιοπολυμερές) ενισχύθηκαν με νανοΐνες λιγνοκυτταρίνης (LCNF) από υπολείμματα φυτικής παραγωγής.
Ολοένα και αυξάνεται το ενδιαφέρον για ανάπτυξη και χρήση βιώσιμων πόρων ως λύση στα συμβατικά υλικά συσκευασίας.
Οι συσκευασίες τροφίμων διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην προστασία, τη διατήρηση και τη βελτίωση της ποιότητας και της ασφάλειας των τροφίμων κατά τη μεταφορά, τη διανομή και την αποθήκευση. Συμβατικά, τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή συσκευασιών τροφίμων είναι πλαστικά πολυμερή πετροχημικής προέλευσης (τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο (PET), χλωριούχο πολυβινύλιο (PVC), πολυαμίδιο (PA), πολυστυρένιο (PS), πολυπροπυλένιο (PP), πολυαιθυλένιο (PE), κ.λπ.), χαρτί, μέταλλο και γυαλί. Η ευρεία χρήση των πλαστικών συσκευασιών οφείλεται στις μηχανικές τους ιδιότητες, την ακαμψία και την ευελιξία τους, τις ιδιότητες φραγμού έναντι του οξυγόνου και της υγρασίας, το χαμηλό κόστος και την ευκολία παραγωγής. Το 2018, η παραγωγή πλαστικών έφτασε τους 51,2 εκατομμύρια τόνους, αντιπροσωπεύοντας το 39,9% της παραγωγής συσκευασιών τροφίμων.
Παρά τα τεχνολογικά πλεονεκτήματα της χρήσης πλαστικών συσκευασιών, η υγεία του περιβάλλοντος και του ανθρώπου μπορεί να επηρεαστεί αρνητικά λόγω της μη βιοαποικοδομήσιμης φύσης της και της πιθανότητας μετανάστευσης χημικών ουσιών από τις πλαστικές συσκευασίες στα τρόφιμα. Για το λόγο αυτό, υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον για την αναζήτηση κατάλληλου υποκατάστατου τέτοιων συνθετικών πολυμερών. Η ανάπτυξη και η χρήση βιολογικών, άφθονων και βιώσιμων πόρων προτείνεται ως μία από τις εναλλακτικές λύσεις στα συμβατικά υλικά.
Η προέλευση των βιοπολυμερών μπορεί να είναι φυσική (άμυλο, χιτοζάνη, κυτταρίνη κ.λπ.) και συνθετική (πολυγαλακτικό οξύ (PLA), πολυγλυκολικό οξύ (PGA), πολυβινυλική αλκοόλη (PVA), κ.λπ. Τα συνθετικά βιοπολυμερή παρουσιάζουν δυνατότητες βελτίωσης των ιδιοτήτων συσκευασίας όπως η ανθεκτικότητα, η βιοαποδομησιμότητα, η ευελιξία και η υψηλή φωτεινότητα. Παρά τα πλεονεκτήματα αυτά, αυτά τα υλικά έχουν χειρότερες μηχανικές, θερμικές και φραγματικές ιδιότητες σε σύγκριση με τα συμβατικά πλαστικά υλικά. Με την ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας, αρκετά νανοπληρωτικά έχουν προκύψει για εφαρμογή σε υλικά συσκευασίας τροφίμων. Μεταξύ αυτών, η νανοκυτταρίνη έχει δείξει εξαιρετική απόδοση που όταν προστίθεται στο πολυμερές, μπορεί να βελτιώσει τις μηχανικές ιδιότητες και τις ιδιότητες φραγμού του συνθετικού βιοπολυμερούς.
Το PVA είναι ένα βιοδιασπώμενο πολυμερές με πολύ καλή χημική αντοχή, υψηλή κρυσταλλικότητα, καλό σχηματισμό φιλμ, υδρόφιλες ιδιότητες και χωρίς τοξικότητα. Αυτό το βιοπολυμερές έχει μεγάλες δυνατότητες ως συσκευασία τροφίμων λόγω της εξαιρετικής αντοχής σε εφελκυσμό, ευκαμψίας και ιδιοτήτων φραγμού οξυγόνου. Ωστόσο, λόγω της παρουσίας μεγάλης ποσότητας υδροξυλομάδων, έχουν υδρόφιλη φύση, η οποία σε υγρά περιβάλλοντα προκαλεί τη διείσδυση μορίων νερού μέσω της μεμβράνης, οδηγώντας σε επιδείνωση των μηχανικών ιδιοτήτων και των ιδιοτήτων φραγμού οξυγόνου. Ως εκ τούτου, η χρήση του PVA ως συσκευασία τροφίμων θα περιοριστεί σε προϊόντα διατροφής που σχετίζονται με χαμηλή σχετική υγρασία. Παρόλα αυτά, η προσθήκη ενώσεων διασταυρούμενης σύνδεσης (διαλδεΰδες, δικαρβοξυλικά οξέα, διανυδρίτες) μπορεί να μειώσει την υδρόφιλη συμπεριφορά του υλικού, καθιστώντας το πιο κατάλληλο για περιβάλλοντα υψηλής περιεκτικότητας σε νερό. Οι νανοΐνες κυτταρίνης (CNF) παίζουν αποτελεσματικό ρόλο στην ενίσχυση των πολυμερών. Αυτή η ενίσχυση οφείλεται στην παρουσία αρωματικών υδροξυλομάδων, οι οποίες μέσω δεσμών υδρογόνου οδηγούν σε καλή αλληλεπίδραση μεταξύ των πολυμερικών μητρών. Αυτά τα CNF θα μπορούσαν να ληφθούν από φυτική βιομάζα που προέρχεται από γεωργικά υποπροϊόντα, καθιστώντας το έναν πόρο υψηλής διαθεσιμότητας και πολύ χαμηλού κόστους. Τα CNF θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή συσκευασιών τροφίμων, με αποτέλεσμα υλικά προστιθέμενης αξίας να παράγονται με βιώσιμο και φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο.
Το 2020, η παραγωγή λαχανικών στην Ισπανία έφτασε σχεδόν τους 16 εκατομμύρια τόνους, με την Ανδαλουσία να είναι η περιοχή με την υψηλότερη παραγωγή λαχανικών (33% του συνόλου). Αυτή η υψηλή παραγωγή οδηγεί στη δημιουργία μεγάλης ποσότητας γεωργικών αποβλήτων που πρέπει να αντιμετωπιστούν. Ένας εναλλακτικός τρόπος διαχείρισης των γεωργικών απορριμμάτων θα ήταν η χρήση τους στην παραγωγή υλικών προστιθέμενης αξίας, αποφεύγοντας τις παραδοσιακές εφαρμογές τους (καύση, κομποστοποίηση, ζωοτροφές κ.λπ.), ενισχύοντας έτσι το σύστημα κυκλικής οικονομίας. Σε μια προηγούμενη μελέτη, οι νανοΐνες λιγνοκυτταρίνης (LCNF) παρήχθησαν ικανοποιητικά από ξυλώδη υπολείμματα από ντομάτα, πιπεριά και μελιτζάνα και χαρακτηρίστηκαν για φυσικοχημικές και αντιοξειδωτικές ιδιότητες. Στόχος αυτής της μελέτης ήταν η ανάπτυξη μεμβρανών για εφαρμογή σε τρόφιμα, αξιολόγησης της επίδρασης της προκατεργασίας και της συγκέντρωσης νανοϊνών λιγνοκυτταρίνης (LCNF) από ξυλώδη υπολείμματα από φυτά ντομάτας, πιπεριάς και μελιτζάνας σε πολυμερή μήτρα (PVA). Η επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες (αντοχή εφελκυσμού, μέτρο Young και επιμήκυνση κατά τη θραύση), κρυσταλλικότητα (XRD), θερμική αντίσταση (TGA), χημική δομή (FTIR), αντιοξειδωτική δράση (δοκιμασία ABTS), ιδιότητες φραγμού (WVP) και οπτικές ιδιότητες (διαφάνεια και φράγμα UV) μελετήθηκε στα φιλμ που αναπτύχθηκαν.
Συμπέρασμα μελέτης
Οι νανοΐνες λιγνοκυτταρίνης (LCNF) που προέρχονται από γεωργικά απόβλητα ντομάτας, πιπεριάς και μελιτζάνας αποδείχθηκαν κατάλληλη ενίσχυση των μεμβρανών PVA, βελτιώνοντας πολλές ιδιότητες της μεμβράνης όπως θερμική αντίσταση, διαπερατότητα υδρατμών και μηχανικές παραμέτρους, εκτός από την αντιοξειδωτική ικανότητα, η οποία δεν υπήρχε στο μη ενισχυμένο φιλμ. Συγκεκριμένα, οι μεμβράνες που παρασκευάστηκαν με 7% LCNF από υπολείμματα καλλιέργειας μελιτζάνας έδειξαν καλύτερα αποτελέσματα όσον αφορά το μέτρο του Young, την επιμήκυνση στο σπάσιμο, τη θερμική σταθερότητα και το φράγμα UV. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα υπολείμματα αγροδιατροφής μπορούν να αξιοποιηθούν ικανοποιητικά, δημιουργώντας καινοτόμα νανοϋλικά ικανά να βελτιώσουν τα συστήματα συσκευασίας τροφίμων από μια πιο βιώσιμη και φιλική προς το περιβάλλον προοπτική.
Διαβάστε ολόκληρη τη μελέτη στο Link https://www.mdpi.com/2304-8158/10/12/3043/htm
Ακολουθήστε το Cibum 
