Биоразлагаемая плёнка из отходов рапса защитила овощи и грибы

Учёные Школы биологической инженерии Даляньского политехнического университета совместно с корпорацией INNOBIO разработали биоразлагаемую упаковочную плёнку на основе хитозана. Дополнительным сырьём стали фенольные соединения из рапсового жмыха, цветков, стеблей и листьев. Результаты исследования опубликованы в журнале Food Quality and Safety.

Новый материал рассчитан на покрытие и обёртывание свежих продуктов, которые теряют влагу, окисляются, темнеют или портятся под действием микроорганизмов. Испытания показали, что состав может одновременно выполнять несколько функций: повышать прочность упаковки, снижать её сродство к воде, подавлять отдельные бактерии и замедлять порчу продуктов.

Как получили плёнку из рапсового сырья

Основой плёнки служит хитозан. В плёнкообразующий раствор исследователи включили растительные экстракты из разных частей рапса. В этих же экстрактах в щадящих условиях получали наночастицы серебра — AgNPs размером 60 нанометров.

Растительные соединения восстанавливали ионы серебра до наночастиц, после чего AgNPs добавляли в раствор. Таким способом сельскохозяйственное сырьё стало не только компонентом биоразлагаемой упаковки, но и источником веществ, придающих материалу дополнительные свойства.

Составы с разными экстрактами показали неодинаковые результаты. Рапсовый жмых обеспечил наиболее заметный рост прочности и антибактериальное действие, а экстракт цветков — самую высокую антиоксидантную активность среди испытанных вариантов.

Прочность, водостойкость и активность материала

Увеличение угла смачивания означает, что поверхность стала слабее взаимодействовать с водой. Такое свойство важно для упаковочного материала, который используют при хранении свежей продукции. При этом результаты относятся к конкретным экспериментальным составам, а не к любой плёнке на основе хитозана или рапса.

Материал с экстрактом рапсового жмыха подавлял рост кишечной палочки и золотистого стафилококка. Это создаёт основу для активной упаковки, которая не только отделяет продукт от окружающей среды, но и помогает противодействовать микробной порче.

Что показали испытания на продуктах

Защитное покрытие проверили на томатах черри. Обработанные плоды лучше сохраняли массу, содержание аскорбиновой кислоты и титруемую кислотность по сравнению с образцами без покрытия.

Ещё одним объектом стали грибы эноки. В новой плёнке они меньше темнели и медленнее подвергались микробной порче. Эти результаты указывают на потенциальное использование материала для свежих продуктов, чувствительных к обезвоживанию, окислению и изменению цвета.

Исследователи отдельно проверили присутствие серебра на томатах методом EDS. Метод не выявил серебра на исследованных плодах, однако авторы называют это только предварительным доказательством. Полноценную оценку безопасности должны дополнить стандартизированные испытания материалов, контактирующих с пищевыми продуктами.

Как плёнка разлагается в почве

В почвенных испытаниях образцы полностью разложились за 21 день. Существенного влияния на рост бок-чоя исследователи не обнаружили.

Такой результат показывает возможный путь использования отходов переработки сельскохозяйственных культур вместо части упаковки на основе пластика. Рапсовый жмых в этой технологии выступает не просто растительным наполнителем: его соединения повышают прочность, обеспечивают антибактериальную активность и участвуют в получении наночастиц серебра.

Авторы рассматривают отходы сельскохозяйственного производства как альтернативное сырьё для экологичной упаковки с дополнительными функциями. Однако лабораторное разложение в почве пока не означает готовности продукта к промышленному выпуску или подтверждённой безопасности для всех вариантов пищевого использования.

Что требуется до промышленного производства

1. Разработать методы крупномасштабного производства плёнки.
2. Оценить стоимость получения материала.
3. Проверить органолептические свойства упаковки.
4. Провести стандартизированные испытания для контакта с пищевыми продуктами.
5. Испытать покрытие при транспортировке и хранении продукции.

Эти этапы отделяют исследовательский образец от коммерческого упаковочного решения. Пока технология демонстрирует перспективные свойства в лабораторных тестах, но срок её возможного выхода на рынок в исследовании не указан.

Чем разработка отличается от другого растительного покрытия

Параллельно исследователи Университета Рутгерса в США разработали другую технологию биоразлагаемого покрытия. Её нельзя смешивать с плёнкой Даляньского политехнического университета: американская разработка основана на волокнах из полисахаридов и биополимеров, а не на описанном сочетании хитозана, рапсовых экстрактов и наночастиц серебра.

В Университете Рутгерса применили сфокусированный вращающийся струйный отжим. Волокнистый материал, похожий на паутину, можно наносить нагревательным устройством, напоминающим фен, непосредственно на продукты разной формы и размера. Покрытие содержит антимикробные вещества для борьбы с порчей, кишечной палочкой и листерией.

В испытании на авокадо такое покрытие продлило срок годности на 50%. Его можно смыть водой, а в почве материал разлагается в течение трёх дней. Исследователи связывают технологию с возможностью получать биополимеры из пищевых отходов в рамках круговой экономики.

Ранее калифорнийская компания Apeel также создала натуральное покрытие для фруктов и овощей. По представленным данным, оно позволяет сохранять их свежими в два или три раза дольше. Все эти решения направлены на поиск альтернативы нефтяной пластиковой упаковке, но отличаются составом, способом нанесения и условиями испытаний.

Частые вопросы

Из чего изготовлена плёнка с экстрактами рапса?

Её основа — хитозан. В состав также входят фенольные соединения из рапсового жмыха, цветков, стеблей и листьев, а также полученные с помощью этих экстрактов наночастицы серебра.

Насколько прочным стал новый материал?

Прочность на разрыв состава с экстрактом рапсового жмыха и наночастицами серебра достигла 17,0 МПа против 8,1 МПа у плёнки из чистого хитозана.

Какие бактерии подавляла плёнка?

Материал с экстрактом рапсового жмыха подавлял рост кишечной палочки и золотистого стафилококка.

За какой срок упаковка разлагается?

Плёнка на основе хитозана и рапсовых экстрактов полностью разложилась в почвенном испытании за 21 день. Покрытие Университета Рутгерса относится к другой технологии и разлагается в почве в течение трёх дней.

Можно ли считать плёнку готовой к контакту с пищей?

Пока нет. Метод EDS не выявил серебра на исследованных томатах, но авторы считают результат предварительным. До коммерческого применения нужны стандартизированные испытания для контакта с пищевыми продуктами.

Когда начнётся промышленное использование?

Срок не назван. Сначала исследователям предстоит масштабировать производство, оценить стоимость и органолептические свойства, а также проверить материал при транспортировке и хранении.