Κάθε χρόνο, σχεδόν το μισό της παγκόσμιας παραγωγής φρούτων και λαχανικών χάνεται πριν φτάσει στον καταναλωτή, εξαιτίας αλλοίωσης, αφυδάτωσης ή μικροβιακής επιμόλυνσης κατά τη μεταφορά και την αποθήκευση. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η ανάπτυξη αποτελεσματικότερων και ταυτόχρονα φιλικών προς το περιβάλλον υλικών συσκευασίας μπορεί να συμβάλει σημαντικά στον περιορισμό αυτών των απωλειών. Μια διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Φουμιχίκο Τανάκα (Fumihiko Tanaka) του Πανεπιστημίου Kyushu στην Ιαπωνία ανέπτυξε ένα νέο βιοδιασπώμενο υλικό συσκευασίας αξιοποιώντας φλούδες κολοκύθας που συνήθως καταλήγουν στα απορρίμματα. Η καινοτόμος αυτή προσέγγιση όχι μόνο δίνει αξία σε ένα γεωργικό υποπροϊόν, αλλά φαίνεται επίσης να συμβάλλει στη διατήρηση της φρεσκάδας των φρούτων και των λαχανικών για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Food Research International.
Η ερευνητική ομάδα αξιοποίησε τις φλούδες της κολοκύθας, οι οποίες αντιστοιχούν περίπου στο 10-12% του συνολικού βάρους του καρπού και συνήθως απορρίπτονται, παρά το γεγονός ότι είναι πλούσιες σε φυτικές ίνες, ανόργανα στοιχεία και φυσικά αντιοξειδωτικά. Αρχικά οι φλούδες αποξηράνθηκαν και αλέστηκαν σε λεπτή σκόνη. Στη συνέχεια θερμάνθηκαν μέσα σε νερό, σε σφραγισμένο δοχείο, στους 190 βαθμούς Κελσίου για επτά ώρες. Μέσα από αυτή τη διαδικασία σχηματίστηκαν εξαιρετικά μικρά ανθρακικά νανοσωματίδια, γνωστά ως carbon quantum dots, με διάμετρο μικρότερη από 10 νανόμετρα, δηλαδή χιλιάδες φορές λεπτότερα από μια ανθρώπινη τρίχα.
Τα νανοσωματίδια ενσωματώθηκαν σε ένα βιοδιασπώμενο φιλμ που αποτελείται από καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη (carboxymethyl cellulose – CMC), ένα παράγωγο της κυτταρίνης που χρησιμοποιείται ήδη σε υλικά συσκευασίας τροφίμων, και ζελατίνη, η οποία προσδίδει μεγαλύτερη ευκαμψία και μηχανική αντοχή. Το τελικό υλικό σχημάτισε λεπτές και εύκαμπτες μεμβράνες κατάλληλες για χρήση ως συσκευασία τροφίμων.
Οι επιστήμονες κατασκεύασαν τέσσερις διαφορετικές εκδόσεις του φιλμ, μία χωρίς τα νανοσωματίδια και τρεις με συγκεντρώσεις 1%, 2% και 3%. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όσο αυξανόταν η περιεκτικότητα σε νανοσωματίδια, τόσο βελτιώνονταν οι ιδιότητες του υλικού. Η αντοχή του σε εφελκυσμό αυξήθηκε κατά 78% έως 147% σε σχέση με το αρχικό φιλμ, ενώ η διαπερατότητα στους υδρατμούς μειώθηκε. Στην έκδοση με περιεκτικότητα 3%, η διέλευση υδρατμών περιορίστηκε κατά 12,32%, γεγονός που μπορεί να συμβάλει στον περιορισμό της αφυδάτωσης των νωπών προϊόντων κατά την αποθήκευση.
Ιδιαίτερα σημαντική αποδείχθηκε η ικανότητα του νέου υλικού να προστατεύει τα τρόφιμα από την υπεριώδη ακτινοβολία. Το φιλμ με 3% νανοσωματίδια απέκλεισε το 72,5% της ακτινοβολίας UV-A και το 94,3% της UV-B, περιορίζοντας την έκθεση των τροφίμων σε ακτινοβολία που μπορεί να επιταχύνει την αλλοίωση, την απώλεια θρεπτικών συστατικών και τον αποχρωματισμό τους. Η προσθήκη των νανοσωματιδίων προσέδωσε στο διαφανές φιλμ μια ελαφρώς κιτρινωπή-καφέ απόχρωση, χωρίς όμως να επηρεάζεται σημαντικά η αισθητική του εμφάνιση.
Στο πλαίσιο της μελέτης πραγματοποιήθηκαν και προκαταρκτικές δοκιμές ασφάλειας. Οι ερευνητές εξέθεσαν τα νανοσωματίδια σε κύτταρα Caco-2, μια ανθρώπινη κυτταρική σειρά που χρησιμοποιείται ευρέως για την αξιολόγηση υλικών που έρχονται σε επαφή με τρόφιμα. Σε συγκεντρώσεις έως 2 mg/mL δεν παρατηρήθηκε σημαντική κυτταροτοξικότητα, καθώς περισσότερο από το 85% των κυττάρων παρέμεινε βιώσιμο. Ωστόσο, σε υψηλότερες συγκεντρώσεις η τοξικότητα αυξήθηκε αισθητά, γεγονός που, όπως επισημαίνουν οι συγγραφείς, δείχνει ότι απαιτείται περαιτέρω έρευνα πριν εξεταστεί οποιαδήποτε εμπορική εφαρμογή. Τα συγκεκριμένα αποτελέσματα αποτελούν αποκλειστικά εργαστηριακές ενδείξεις και δεν συνιστούν έγκριση του υλικού για χρήση σε συσκευασίες τροφίμων.
Παράλληλα, οι επιστήμονες αξιολόγησαν τις αντιμικροβιακές ιδιότητες του νέου υλικού χρησιμοποιώντας ντοματίνια (cherry tomatoes). Μετά από 20 ημέρες αποθήκευσης σε θερμοκρασία δωματίου, τα δείγματα που ήταν τυλιγμένα με το φιλμ που περιείχε 3% νανοσωματίδια εμφάνισαν το χαμηλότερο μικροβιακό φορτίο από όλες τις μετρήσιμες ομάδες. Αντίθετα, στα μη συσκευασμένα ντοματίνια αλλά και σε εκείνα που είχαν τοποθετηθεί σε συμβατικό πλαστικό οι βακτηριακές αποικίες ήταν τόσο πυκνές ώστε δεν μπορούσαν πλέον να καταμετρηθούν με ακρίβεια στο τέλος της δοκιμής. Επιπλέον, το ίδιο φιλμ παρουσίασε ισχυρή αντιοξειδωτική δράση, εξουδετερώνοντας το 88,58% μιας πρότυπης ελεύθερης ρίζας που χρησιμοποιήθηκε στις εργαστηριακές δοκιμές.
Η δοκιμή αποθήκευσης έδειξε επίσης ότι τα ντοματίνια που συσκευάστηκαν στο νέο βιοδιασπώμενο υλικό διατήρησαν καλύτερα τα ποιοτικά χαρακτηριστικά τους. Μετά από 20 ημέρες είχαν χάσει περίπου το 9,3% του αρχικού τους βάρους, έναντι 10,3% των ασυσκεύαστων καρπών. Το συμβατικό πλαστικό εξακολούθησε να προσφέρει την καλύτερη προστασία ως προς την απώλεια υγρασίας, περιορίζοντας τη μείωση βάρους στο 7,2%, ωστόσο το νέο υλικό μείωσε αισθητά τη διαφορά σε σχέση με τις υπόλοιπες βιοδιασπώμενες λύσεις. Παράλληλα, διατήρησε σε μεγαλύτερο βαθμό τα σάκχαρα των καρπών και σταθερότερα επίπεδα οξύτητας, χαρακτηριστικά που συνδέονται με τη φρεσκάδα και την ποιότητα των ντοματών.
Οι συγγραφείς επισημαίνουν ότι η μελέτη παρουσιάζει ορισμένους περιορισμούς. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν αποκλειστικά σε ντοματίνια, επομένως δεν είναι ακόμη γνωστό κατά πόσο το υλικό θα παρουσιάζει αντίστοιχη αποτελεσματικότητα σε άλλα φρούτα ή λαχανικά, ιδιαίτερα σε προϊόντα που απαιτούν ψύξη ή έχουν διαφορετικά επίπεδα υγρασίας. Επιπλέον, η αντιμυκητιακή δράση του φιλμ δεν έχει ακόμη διερευνηθεί επαρκώς και απαιτούνται πρόσθετες μελέτες για τη βελτιστοποίηση της σύνθεσής του και την αξιολόγηση της ασφάλειάς του σύμφωνα με τις ισχύουσες κανονιστικές απαιτήσεις.
Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το πρόγραμμα Next-Generation Researchers Challenging Research Program (Grant Number: JAQQ070009), ενώ μέρος των αναλύσεων υποστηρίχθηκε από το πρόγραμμα Materials Advanced Research Infrastructure του Υπουργείου Παιδείας, Πολιτισμού, Αθλητισμού, Επιστήμης και Τεχνολογίας της Ιαπωνίας. Οι ερευνητές δήλωσαν ότι δεν υφίστανται συγκρούσεις συμφερόντων.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Food Research International με τίτλο «Development of active food packaging using carboxymethyl cellulose/gelatin composites reinforced with carbon quantum dots derived from pumpkin peel waste» (DOI: 10.1016/j.foodres.2026.119344). Στην ερευνητική ομάδα συμμετείχαν επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Kyushu της Ιαπωνίας και το Πανεπιστήμιο Peradeniya της Σρι Λάνκα.
