Μια ομάδα επιστημόνων από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang της Σιγκαπούρης (NTU Singapore) και το Harvard TH Chan School of Public Health, των ΗΠΑ, ανέπτυξε ένα «έξυπνο» υλικό συσκευασίας τροφίμων που είναι βιοδιασπώμενο, βιώσιμο και σκοτώνει βλαβερά για τον άνθρωπο μικρόβια. Θα μπορούσε επίσης να παρατείνει τη διάρκεια ζωής των φρέσκων φρούτων κατά δύο έως τρεις ημέρες.
Η αδιάβροχη συσκευασία τροφίμων είναι κατασκευασμένη από έναν τύπο πρωτεΐνης καλαμποκιού που ονομάζεται ζεΐνη, άμυλο και άλλα φυσικά βιοπολυμερή, με ένα κοκτέιλ φυσικών αντιμικροβιακών ενώσεων. Αυτά περιλαμβάνουν λάδι από θυμάρι, ένα κοινό βότανο που χρησιμοποιείται στη μαγειρική, και κιτρικό οξύ, το οποίο βρίσκεται συνήθως στα εσπεριδοειδή.
Στα εργαστηριακά πειράματα, όταν εκτίθενται σε αύξηση της υγρασίας ή σε ένζυμα από επιβλαβή βακτήρια, οι ίνες στη συσκευασία αποδείχθηκε ότι απελευθερώνουν τις φυσικές αντιμικροβιακές ενώσεις, σκοτώνοντας κοινά επικίνδυνα βακτήρια που μολύνουν τα τρόφιμα, όπως επίσης το E. Coli και τη Listeria καθώς και μύκητες.
Η συσκευασία έχει σχεδιαστεί για να απελευθερώνει τις απαραίτητες ελάχιστες ποσότητες αντιμικροβιακών ενώσεων μόνο ως απόκριση στην παρουσία πρόσθετης υγρασίας ή βακτηρίων. Αυτό διασφαλίζει ότι η συσκευασία μπορεί να αντέξει πολλές εκθέσεις και να διαρκέσει για μήνες.
Καθώς οι ενώσεις καταπολεμούν τυχόν βακτήρια που αναπτύσσονται στην επιφάνεια της συσκευασίας καθώς και στο ίδιο το προϊόν, έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν για μια μεγάλη ποικιλία προϊόντων, συμπεριλαμβανομένων των έτοιμων προς κατανάλωση τροφίμων, ωμού κρέατος, φρούτων, και λαχανικών.
Σε ένα πείραμα, οι φράουλες που ήταν τυλιγμένες στη συσκευασία παρέμειναν φρέσκες για επτά ημέρες πριν εμφανίσουν μούχλα, σε σύγκριση με τις αντίστοιχες που διατηρήθηκαν σε πλαστικά κουτιά με φρούτα, τα οποία παρέμειναν φρέσκες μόνο για τέσσερις ημέρες.
Η εφεύρεση είναι το αποτέλεσμα της συνεργασίας επιστημόνων από το NTU-Harvard TH Chan School of Public Health Initiative for Sustainable Nanotechnology (NTU-Harvard SusNano), που συγκεντρώνει ερευνητές του NTU και του Harvard Chan School για να εργαστούν σε εφαρμογές αιχμής στη γεωργία και τροφίμων, με έμφαση στην ανάπτυξη μη τοξικών και περιβαλλοντικά ασφαλών νανοϋλικών.
Η ανάπτυξη αυτού του προηγμένου υλικού συσκευασίας τροφίμων είναι μέρος των προσπαθειών του Πανεπιστημίου να προωθήσει βιώσιμες λύσεις τεχνολογίας τροφίμων, που ευθυγραμμίζονται με το στρατηγικό σχέδιο NTU 2025, το οποίο στοχεύει στην ανάπτυξη βιώσιμων λύσεων για την αντιμετώπιση ορισμένων από τις μεγάλες προκλήσεις της ανθρωπότητας.
Η καθηγήτρια Mary Chan, Διευθύντρια του Κέντρου Αντιμικροβιακής Βιομηχανικής του NTU, η οποία συνηγήθηκε του έργου, είπε ότι «αυτή η εφεύρεση θα χρησιμεύσει ως καλύτερη επιλογή για τη συσκευασία στη βιομηχανία τροφίμων, καθώς έχει επιδείξει ανώτερες αντιμικροβιακές ιδιότητες στην καταπολέμηση μυριάδων επιβλαβών βακτηριών και μυκήτων που θα μπορούσαν να είναι επιβλαβή για τον άνθρωπο. Η συσκευασία μπορεί να εφαρμοστεί σε διάφορα προϊόντα όπως ψάρια, κρέας, λαχανικά και φρούτα. Η έξυπνη απελευθέρωση αντιμικροβιακών μόνο όταν υπάρχουν βακτήρια ή υψηλή υγρασία, παρέχει προστασία μόνο όταν χρειάζεται ελαχιστοποιώντας έτσι τη χρήση χημικών και διατηρώντας τη φυσική σύνθεση των συσκευασμένων τροφίμων».
Ο καθηγητής Φίλιππος Δημοκρίτου, Επίκουρος Καθηγητής Περιβαλλοντικής Υγείας στο Harvard Chan School, ο οποίος είναι επίσης Διευθυντής Κέντρου Νανοτεχνολογίας και Νανοτοξικολογίας και Συνδιευθυντής του NTU-Harvard Initiative on Sustainable Nanotechnology, ο οποίος είναι συνεπικεφαλής της μελέτης, δήλωσε ότι «ασφάλεια και σπατάλη τροφίμων έχουν γίνει μια σημαντική κοινωνική πρόκληση της εποχής μας με τεράστιο αντίκτυπο στη δημόσια υγεία και την οικονομία που θέτει σε κίνδυνο την επισιτιστική ασφάλεια. Ένας από τους πιο αποτελεσματικούς τρόπους για την ενίσχυση της ασφάλειας των τροφίμων και τη μείωση της αλλοίωσης και των απορριμμάτων είναι η ανάπτυξη αποτελεσματικών βιοαποδομήσιμων μη τοξικών υλικών συσκευασίας τροφίμων. Σε αυτή τη μελέτη , χρησιμοποιήσαμε ενώσεις που προέρχονται από τη φύση, συμπεριλαμβανομένων βιοπολυμερών, μη τοξικών διαλυτών, και αντιμικροβιακά εμπνευσμένα από τη φύση και ανάπτυξη κλιμακούμενων συστημάτων για τη σύνθεση έξυπνων αντιμικροβιακών υλικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο για τη βελτίωση της ασφάλειας και της ποιότητας των τροφίμων, αλλά και για την εξάλειψη της βλάβης στο περιβάλλον και τη μείωση της χρήσης μη βιοαποδομήσιμων πλαστικών σε παγκόσμιο επίπεδο και προώθηση βιώσιμων συστημάτων αγροδιατροφής».
Παρέχοντας μια ανεξάρτητη αξιολόγηση του έργου της ερευνητικής ομάδας του NTU, ο κ. Peter Barber, Διευθύνων Σύμβουλος της ComCrop, μιας εταιρείας της Σιγκαπούρης που πρωτοστάτησε στην αστική γεωργία σε στέγες, είπε ότι «το υλικό συσκευασίας τροφίμων NTU-Harvard Chan School θα χρησιμεύσει ως βιώσιμη λύση για εταιρείες όπως εμείς που θέλουν να περιορίσουν τη χρήση πλαστικού και να υιοθετήσουν πιο πράσινες εναλλακτικές. Οι αντιμικροβιακές ιδιότητες του περιτυλίγματος, οι οποίες θα μπορούσαν ενδεχομένως να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής των λαχανικών μας, θα μας εξυπηρετούσαν πολύ. Το υλικό συσκευασίας υπόσχεται πολλά για τη βιομηχανία, και ανυπομονούμε να μάθουμε περισσότερα για το περιτύλιγμα και πιθανώς να το υιοθετήσουμε για χρήση κάποια μέρα.”
Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύτηκαν στο ακαδημαϊκό περιοδικό ACS Applied Materials & Interfaces με κριτές τον Οκτώβριο.
Περιορισμός των απορριμμάτων συσκευασίας
Η βιομηχανία συσκευασίας είναι ο μεγαλύτερος καταναλωτής συνθετικών πλαστικών που προέρχονται από ορυκτά καύσιμα, με τα πλαστικά συσκευασίας τροφίμων να αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο μέρος των πλαστικών απορριμμάτων που ρυπαίνουν το περιβάλλον. Μόνο στη Σιγκαπούρη από τους 1,76 εκατομμύρια τόνους απορριμμάτων που απορρίφθηκαν το 2018, το ένα τρίτο ήταν απορρίμματα συσκευασίας και πάνω από το μισό (55 %) ήταν πλαστικό.
Το έξυπνο υλικό συσκευασίας τροφίμων, θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως εναλλακτική λύση για τη μείωση της ποσότητας πλαστικών απορριμμάτων, καθώς είναι βιοδιασπώμενο. Το κύριο συστατικό του, η ζεΐνη, παράγεται επίσης από άλευρο γλουτένης αραβοσίτου, το οποίο είναι ένα απόβλητο υποπροϊόν από τη χρήση αμύλου αραβοσίτου ή ελαίων για την παραγωγή αιθανόλης.
Το υλικό συσκευασίας τροφίμων παράγεται με ηλεκτροϊνοποίηση της ζεΐνης, των αντιμικροβιακών ενώσεων με κυτταρίνη, ένα φυσικό πολυμερές άμυλο που συνθέτει τα τοιχώματα των φυτικών κυττάρων και το οξικό οξύ, το οποίο βρίσκεται συνήθως στο ξύδι.
Η καθηγήτρια Mary Chan πρόσθεσε ότι “η βιώσιμη και βιοδιασπώμενη ενεργή συσκευασία τροφίμων, η οποία διαθέτει ενσωματωμένη τεχνολογία για να κρατά μακριά τα βακτήρια και τους μύκητες, είναι μεγάλης σημασίας για τη βιμηχανία τροφίμων. Θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση στα πολυμερή με βάση το πετρέλαιο που χρησιμοποιούνται σε εμπορικές συσκευασίες τροφίμων, όπως πλαστικό, που έχουν σημαντικές αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις».
Ο καθηγητής Δημοκρίτου πρόσθεσε ότι «λόγω της παγκοσμιοποίησης της προσφοράς τροφίμων και της αλλαγής στάσης προς έναν πιο υγιεινό τρόπο ζωής και φιλικές προς το περιβάλλον συσκευασίες τροφίμων, υπάρχει ανάγκη να αναπτυχθούν βιοδιασπώμενα, μη τοξικά και έξυπνα/ανταποκρινόμενα υλικά για τη βελτίωση της ασφάλειας και της ποιότητας των τροφίμων. Υλικά συσκευασίας τροφίμων που θα αποτελούνται από προερχόμενα από τη φύση, βιοαποδομήσιμα βιοπολυμερή και αντιμικροβιακά εμπνευσμένα από τη φύση, θα καλύψουν τις αναδυόμενες κοινωνικές ανάγκες για μείωση της σπατάλης τροφίμων και βελτίωση της ασφάλειας και της ποιότητας των τροφίμων».
Η ομάδα ερευνητών του NTU και του Harvard Chan School ελπίζει να κλιμακώσει την νέα τεχνολογία με έναν βιομηχανικό εταίρο, με στόχο την εμπορευματοποίηση μέσα στα επόμενα χρόνια.
Περισσότερες πληροφορίες: Zeynep Aytac et al, Αντιμικροβιακές ίνες που ανταποκρίνονται σε ένζυμα και σχετική υγρασία για ενεργές συσκευασίες τροφίμων, ACS Applied Materials & Interfaces (2021). DOI: 10.1021/acsami.1c12319Πληροφορίες περιοδικού: ACS Applied Materials and Interfaces
Πηγή: https://phys.org/news
Ακολουθήστε το Cibum 
