Біокомпозит збільшив термін придатності фруктів на тиждень

Матеріалознавці розробили їстівний біокомпозит на основі яєчного білка, який дозволив продовжити термін придатності фруктів на тиждень. Таке покриття легко змивається з поверхні фрукту і не впливає на смак і запах. Стаття опублікована в журналі.

За статистикою ВООЗ за 2018 рік понад 800 мільйонів людей по всьому світу голодують. Програма сталого розвитку «Нульовий голод» спрямована на викорінення голоду і всіх форм неповноцінного харчування до 2030 року. За деякими оцінками приблизно третина всієї їжі на Землі пропадає даремно і не вживається, що в першу чергу пов'язують з псуванням продуктів за час транспортування з ферм до магазинів. Для фруктів і овочів оцінки ще гірші - 40-50 відсотків псуються перед вживанням. Псування харчових продуктів відбувається через процеси втрати води і мікробної активності.

На сьогоднішній момент вчені націлені на збільшення терміну придатності продуктів харчування за рахунок методів, які перешкоджають випаровуванню води і зростанню мікробів. Наприклад, один з таких відомих методів - нанесення воску, який виробники давно використовують для збільшення яскравості фруктів. Але віск досить складно змити, а тому він потрапляє в організм, де розщеплюється кишковими клітинами на іони, тим самим інгібуючи деякі метаболічні процеси і руйнуючи мембрани. Інші методи включають в себе охолодження, упаковку в модифікованому газовому середовищі і нанесення парафіноподібних активних покриттів. Однак ці методи вимагають додаткового часу на обробку і призводять до подорожчання продуктів, а також впливають на зовнішній вигляд і смак фруктів. Тому вчені шукають альтернативні підходи до продовження терміну придатності без зміни характеристик продуктів.

Мухаммед Рахман (Muhammad M. Rahman) і Пулікел Аджайан (Pulickel M. Ajayan) запропонували для продовження терміну придатності фруктів використовувати дешевий біокомпозит на основі яєчних компонентів, нанокристалів целюлози і куркуміна. Таке покриття легко змивається з поверхні і не впливає на смакові якості. А за своїми зберігаючими якостями біокомпозит обігнав віск і хітозан, продовживши термін придатності фруктів на тиждень.

Біокомпозит складається з яєчного білка, гліцерину, сухого яєчного жовтка, куркуміну і нанокристалів целюлози. Яєчний білок узятий в якості білкової основи за свою хорошу біосумісність, гліцерин же збільшує еластичність крихкого денатурованого білка. Для відштовхування води в суміш додали жирні кислоти з яєчного жовтка, а протимікробні та антиоксидантні властивості забезпечує куркумін. Нанокристали целюлози армують композит і ускладнюють проникнення води і кисню крізь покриття.

Автори послідовно додавали компоненти у воду при температурі в 80 градусів Цельсія, потім розчин охолоджували до кімнатної температури, після чого занурювали в нього фрукти.

Для оцінки товщини такого шару на поверхні банана вчені зробили зріз шкірки і за допомогою конфокального мікроскопа вимірювали товщину в декількох точках - товщина коливається в інтервалі 23-33 мікрометра з надійністю в 95 відсотків, що добре зіставляється з товщиною покриття фруктів фіброїном в попередній роботі.

Матеріалознавці перевірили ефективність біокомпозитного покриття на чотирьох фруктах і ягодах: банані, авокадо, полуниці і папайє. Після 8-11 днів витримки на повітрі всі непокриті продукти міняли колір і псувалися, в той час як покриті не псувалися як мінімум протягом тижня. Після п'яти днів витримування полуниця без покриття втратила 60 відсотків вологи, тоді як покрита на сьомий день втратила лише 35 відсотків. Таким чином, біокомпозитне покриття значно продовжує термін придатності фруктів і ягід. Фрукти стають м'якшими, а тому вчені вирішили перевірити механічні властивості покритих продуктів на стиснення - всі покриті фрукти показали зміцнення відносно чистих.

Щоб уточнити механізм захисту від втрати свіжості фруктів, автори статті досліджували покриття на гідрофільність, цитотоксичність і антимікробні властивості. Гідрофільність поверхні оцінювалася кутом змочування краплею води - 71,4 градуса, що свідчить про гідрофільність поверхні, але в порівнянні з іншими матеріалами для упаковки, як желатин або ПЕТ, біокомпозитна поверхня більш гідрофобна. Вчені провели випробування 100-мікрометрової плівки на пропускання води - за день 15 грам води проходить один міліметр такої плівки з площею в один квадратний метр, що можна порівняти з пропускною здатністю ПЕТ і воску, але значно менше інших біополімерів. Інший важливий параметр, що впливає на свіжість фруктів, - концентрація кисню, біокомпозит за результатами експерименту пропускає кисень набагато повільніше, ніж поширений воск, крохмаль та інші використовувані пакувальні матеріали.

Антимікробні властивості повністю підтвердилися - вчені помістили бактерії кишкової палички () на поверхню і після ночі витримки їх не виявили. Цитотоксичність автори перевірили, помістивши ракові клітини підшлункової залози в розчин компонентів з концентрацією 0,1 і 1 міліграм на мілілітр - після дня витримування не відбулося змін і більше 90 відсотків клітин залишилися живими, що не дивно, адже покриття складається з речовин, що давно застосовуються в харчовій промисловості. Але таке покриття з легкістю розчиняється у воді і змивається з поверхні фруктів - покриття товщиною в 100 мікрометрів розчинялося у воді за дві хвилини. Таким чином, вчені довели, що їстівне і змивне покриття з біокомпозиту продовжує термін придатності фруктів на тиждень.

Існує багато методів продовження терміну придатності, що активно використовуються в сучасній харчовій промисловості. Про те, як це можна зробити за рахунок іонізуючого випромінювання, можна прочитати в нашому недавньому матеріалі - «Я - смерть, знищувач інфекцій».