Μια εναλλακτική λύση στην πλαστική συσκευασία με βάση το πετρέλαιο

Η συσκευασία είναι ένα κρίσιμο εργαλείο για τον περιορισμό και την προστασία των τροφίμων καθώς κινείται μέσω της αλυσίδας εφοδιασμού προς τον καταναλωτή. Η κύρια λειτουργία της συσκευασίας είναι να προστατεύει το προϊόν και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής των τροφίμων. Τα υλικά συσκευασίας τροφίμων βασίζονται παραδοσιακά σε πλαστικά με βάση το πετρέλαιο λόγω της ευέλικτης και ανθεκτικής φύσης τους με αξιόπιστα φράγματα αερίου και νερού.

Παρά όλα τα πλεονεκτήματά της, η παραγωγή πλαστικών με βάση το πετρέλαιο οδηγεί σε εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, ρύπανση του περιβάλλοντος, ζημιές στα θαλάσσια οικοσυστήματα και αρνητικές επιπτώσεις στην τροφική μας αλυσίδα λόγω της επίδρασης της βιοσυσσώρευσης. Η αποσύνθεση των πολυμερών με βάση το πετρέλαιο μπορεί να διαρκέσει περίπου 200-500 χρόνια ή περισσότερα εάν τοποθετηθούν σε χώρο υγειονομικής ταφής. Τα περισσότερα υλικά συσκευασίας τροφίμων έχουν μια σύντομη φάση χρήσης και μια σημαντική ποσότητα από αυτά τα πλαστικά καταλήγει ως απορρίμματα σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Ένας τρόπος για να λυθούν αυτά τα προβλήματα είναι η αντικατάσταση των πλαστικών που προέρχονται από το πετρέλαιο με ανανεώσιμες πηγές, όπως τα βιολογικά προϊόντα. Επί του παρόντος, περισσότερη έρευνα που βρίσκεται σε εξέλιξη τόσο στη βιομηχανία τροφίμων όσο και στον ακαδημαϊκό κόσμο είναι η ανάπτυξη νέων βιοαποδομήσιμων υλικών συσκευασίας τροφίμων και η βελτίωση και ενίσχυση των ιδιοτήτων φραγμού τους και η επικύρωση της εφαρμογής τους σε πραγματικά περιβάλλοντα εργασίας εντός της βιομηχανίας τροφίμων. Επίσης, τα οικονομικά πλεονεκτήματα της μείωσης βάρους έχουν γίνει απαραίτητα για πολλές βιομηχανίες.

Η κατασκευή ενός βιοπολυμερούς είναι πιο φιλική προς το περιβάλλον από τα πλαστικά με βάση το πετρέλαιο, καθώς παράγει σημαντικά λιγότερες εκπομπές αερίων θερμοκηπίου κατά τη διάρκεια της ζωής σε σύγκριση με τα παραδοσιακά υλικά. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένα εμπόδια και περιορισμοί για τη μετάβαση στην παραγωγή βιολογικών προϊόντων. Τα βιο-βασισμένα πολυμερή υλικά εξακολουθούν να είναι σχετικά ακριβά σε σύγκριση με άλλες εναλλακτικές λύσεις και αυτά τα υλικά έχουν περιορισμένη χρήση σε ορισμένες εφαρμογές λόγω των φτωχών μηχανικών ιδιοτήτων και των ιδιοτήτων φραγμού τους. Έτσι, το πρώτο βήμα, πριν από τη χρήση πλαστικών με βιολογική βάση μόνο στη βιομηχανία τροφίμων, θα μπορούσε να είναι ο συνδυασμός αυτών των πλαστικών βιολογικής βάσης με συνθετικά πολυμερή ή η ενίσχυση με φυσικά νανοπληρωτικά όπως η νανοκυτταρίνη. Αυτό σημαίνει επίσης ότι θα αυξηθεί η διαθεσιμότητα πολυμερών βιολογικής βάσης για εφαρμογές συσκευασίας.

Τα νανοσύνθετα γίνονται όλο και πιο δημοφιλή επειδή οι ενισχυτικοί παράγοντες νανο-μεγέθους έχουν αποδειχθεί αποτελεσματικοί στην ενίσχυση του φραγμού και των μηχανικών ιδιοτήτων των πολυμερών βιολογικής βάσης. Μεταξύ των νανοπληρωτικών, τα σωματίδια νανοκυτταρίνης έχουν τη δυνατότητα να ενισχύσουν τις ιδιότητες των πολυμερών που βασίζονται σε βιολογική βάση λόγω της ομοιότητας μεταξύ της κυτταρίνης και άλλων πολυμερών με βάση τη βιολογική βάση. Παρόλο που τα βιοπλαστικά δεν θεωρούνται ακόμη ως υποκατάστατο για πιο παραδοσιακές μορφές συσκευασίας, τα νανοσύνθετα με βιολογική βάση παρουσιάζουν πολλά πλεονεκτήματα. Για παράδειγμα, τα νανοσύνθετα μπορούν να χρησιμεύσουν ως φορείς ενεργών ενώσεων που είναι χρήσιμες για την παράταση της διάρκειας ζωής του προϊόντος διατηρώντας παράλληλα τις θρεπτικές και αισθητηριακές τους ιδιότητες.

Τα νανοσύνθετα με βιολογική βάση έχουν τη δυνατότητα να βελτιώσουν τις λειτουργικές λειτουργίες των προϊόντων διατροφής προσθέτοντας θρεπτικά συστατικά στο υλικό συσκευασίας που απουσιάζουν στο αρχικό προϊόν. Τα αντιοξειδωτικά και οι αντιμαυριστικοί παράγοντες που είναι ενσωματωμένοι στο υλικό συσκευασίας μπορεί να καθυστερήσουν την αποικοδόμηση των θρεπτικών συστατικών και των γεύσεων ή μπορεί να ενσωματωθούν με αντιμικροβιακά που μπορούν να καταστείλουν τον πολλαπλασιασμό των μικροοργανισμών που προκαλούν αλλοίωση και των τροφιμογενών παθογόνων. Από την άλλη πλευρά, τα υλικά συσκευασίας με βιολογική βάση έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται ως φορείς ζώντων μικροοργανισμών για να προσδώσουν προβιοτική ικανότητα στο τρόφιμο, για τον έλεγχο της νόσου μετά τη συγκομιδή στα φρούτα ή για την αύξηση της διάρκειας ζωής των προϊόντων διατροφής με τη χρήση βακτηριακών στελεχών με αντιμικροβιακές δραστηριότητες.

Σε αυτόν τον τομέα, φαίνεται ότι τα βιο-βασισμένα νανοσύνθετα θα υποκαταστήσουν τα πλαστικά με βάση το πετρέλαιο. Ως ερευνητές εφαρμογών συσκευασίας τροφίμων, προσπαθούμε να βελτιώσουμε τις ιδιότητες (μηχανικές, φραγμού) πλαστικών με βιολογική βάση (όπως χιτοζάνη, πρωτεΐνη ορού γάλακτος, καραγενάνη) χρησιμοποιώντας πληρωτικά όπως η νανοκυτταρίνη. Έχουμε επίσης επικεντρωθεί στην ενίσχυση των ενεργών ιδιοτήτων αυτών των πλαστικών ενσωματώνοντας φυσικές δραστικές ενώσεις όπως φυτικά εκχυλίσματα, αιθέρια έλαια για να παρατείνουμε τη διάρκεια ζωής των προϊόντων διατροφής.

Στη μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Carbohydrate Polymers , στοχεύαμε να συνδυάσουμε τη χιτοζάνη (CH), ένα βιο-βασισμένο πολυμερές, με την πολυκαπρολακτόνη (PCL), ένα συνθετικό βιοδιασπώμενο πολυμερές. Κατασκευάσαμε ένα φιλμ συσκευασίας που αποτελείται από ένα αντιμικροβιακό και αντιοξειδωτικό εσωτερικό στρώμα (CH) με νανοκυτταρίνη και ένα εξωτερικό στρώμα (PCL) με καλύτερες μηχανικές ιδιότητες και ιδιότητες φραγμού. Στη συνέχεια, αξιολογήσαμε τη συμβατότητα ενός βιοδιασπώμενου πολυμερούς με ένα βιοδιασπώμενο πολυμερές με βάση το πετρέλαιο με απλό τρόπο.

Οι αυτόνομες μεμβράνες PCL μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υλικό συσκευασίας τροφίμων, ωστόσο η ανησυχία για τη μείωση των συνθετικών πλαστικών έχει οδηγήσει στον συνδυασμό πολυμερών βιολογικής βάσης με κοινά συνθετικά υλικά. Το PCL έχει ενδιαφέρουσες ιδιότητες όπως η συμβατότητα με πολλούς τύπους πολυμερών, συμπεριλαμβανομένων των βιοπολυμερών. Το PCL μπορεί να ενισχύσει τις κακές μηχανικές ιδιότητες και ιδιότητες φραγμού των βιοπολυμερών. Μπορεί επίσης να επεκτείνει τη χρήση βιοπολυμερών και να σας προσφέρει μια εξαιρετική εργαλειοθήκη για να δημιουργήσετε ανταγωνιστικά και πιο βιώσιμα προϊόντα. Αν και το CH έχει καλύτερες μηχανικές ιδιότητες από πολλά άλλα πλαστικά με βιολογική βάση, είναι ευαίσθητο στο νερό και δεν μπορεί να ανταγωνιστεί τα συνθετικά πλαστικά για εφαρμογές συσκευασίας τροφίμων.

Η ενεργή συσκευασία χρησιμοποιείται για υλικά συσκευασίας των οποίων τα συστατικά έχουν συμπεριληφθεί σκόπιμα είτε στο υλικό συσκευασίας είτε πάνω είτε στο υλικό συσκευασίας είτε στον κεντρικό χώρο συσκευασίας για να βελτιωθεί η απόδοση του συστήματος συσκευασίας. Σε αυτή τη μελέτη, η ανάπτυξη ενός ενεργού συστήματος συσκευασίας κατασκευασμένου από φιλμ διπλής στιβάδας PCL και CH, που φέρει ενεργές ιδιότητες, οδήγησε σε ένα εύκαμπτο υλικό συσκευασίας βιολογικής βάσης με επαρκή φραγμό και μηχανικές ιδιότητες. Ο σχηματισμός μεμβράνης διπλής στιβάδας με βάση το CH και το PCL με τη συμπερίληψη νανοκυτταρίνης αποδείχθηκε ότι είναι μια από τις πιο απλές μεθόδους για τη λήψη νέων υλικών με επιθυμητές λειτουργικές ιδιότητες. Ωστόσο, απαιτούνται μελλοντικές μελέτες για την αξιολόγηση της απόδοσης αυτών των μεμβρανών διπλής στιβάδας σε επαφή με τρόφιμα.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο, Ανάπτυξη ενεργών μεμβρανών διπλής στιβάδας με βάση χιτοζάνη και πολυκαπρολακτόνη ενισχυμένη με νανοκυτταρίνη και εκχύλισμα σπόρων σταφυλιού, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Carbohydrate Polymers. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Ece Sogut και Atif Can Seydim από το Suleyman Demirel University.