نانوذرات نشاسته ذرت را یک به بسته‌بندی هوشمند و صرفه‌جویانه تبدیل می‌کنند

به گزارش علم‌خوان، فیلم‌های نشاسته ذرت ساده زیست‌تخریب‌پذیر و شفاف هستند، اما به‌طور سنتی بسیار ضعیف، شکننده و حساس به گرما هستند تا بتوانند به تنهایی به عنوان بسته‌بندی محافظ مؤثر عمل کنند.

 

اکنون، پژوهشگران دانشگاه علوم پزشکی تهران و دانشگاه پوترای مالزی راهی برای رفع این محدودیت‌ها پیدا کرده‌اند. این تیم با تزریق نشاسته ذرت به نانوذرات کربن میکروسکوپی معروف به «نقاط کوانتومی کربن»(CQD) ، یک فیلم بسته‌بندی فعال «هوشمند» و چندمنظوره ایجاد کردند که قادر به محافظت از محصولات تازه و افزایش ماندگاری آنها است.

 

نقاط کوانتومی کربن چیستند؟

نقاط کوانتومی کربن (CQD)که از اسید سیتریک سنتز می‌شوند، ذرات کربنی فوق‌العاده کوچکی هستند که تقریباً 4 نانومتر قطر دارند. با وجود اندازه میکروسکوپی‌شان، قدرت زیادی دارند، از جمله:

 

- قدرت آنتی‌اکسیدانی: آنها به عنوان جاذب رادیکال‌های آزاد عمل می‌کنند.

 

-مسدود کردن نور: آنها به طور طبیعی اشعه‌های مضر فرابنفش (UV) را جذب می‌کنند.

 

-پشتیبانی ساختاری: آنها پیوندهای شیمیایی محکمی با مولکول‌های نشاسته تشکیل می‌دهند تا شبکه کلی فیلم را تقویت کنند.

 

یافته‌های کلیدی مطالعه

تیم تحقیقاتی فیلم‌های نشاسته ذرت مخلوط شده با غلظت‌های مختلف نقاط کوانتومی کربن (0٪، 1.0٪، 3.0٪ و 5.0٪ وزنی) را آزمایش کردند. یافته‌های آنها چندین پیشرفت چشمگیر را نشان داد:

 

-قوی‌تر و سفت‌تر: افزودن تنها 1.0٪ وزنی CQDتقریباً استحکام کششی فیلم را دو برابر کرد (افزایش 96.8٪) و استحکام آن را بیش از دو برابر کرد (افزایش171.6٪). این امر ماده‌ای بسیار سخت‌تر ایجاد می‌کند که قادر به تحمل حمل و نقل و جابجایی است.

 

-تقویت آنتی‌اکسیدانی عظیم: فیلم‌های پر شده با CQDبه عنوان سپرهای قدرتمندی در برابر اکسیداسیون عمل کردند. در غلظت ۵.۰ درصد وزنی، توانایی فیلم در جذب رادیکال‌های آزاد در مقایسه با پوشش نشاسته ساده، تقریباً ۱۳ برابر افزایش یافت.

 

-دفاع برتر در برابر اشعه ماوراء بنفش: نانوذرات تقریباً تمام نور ماوراء بنفش ورودی را جذب کردند. انتقال نور در طول موج ۲۸۰ نانومتر در فیلم ۵.۰ درصد وزنی ۸۸.۳ درصد کاهش یافت که می‌تواند از غذاهای حساس به نور در برابر فساد و تخریب مواد مغذی محافظت کند.

 

-مقاومت حرارتی بالاتر: افزودن CQDدمای مورد نیاز برای تجزیه مواد نشاسته‌ای را افزایش داد و پایداری حرارتی کلی آن را بهبود بخشید.

 

نکته: یافتن تعادل مناسب

در حالی که افزودن مقادیر بیشتر CQD باعث بهبود مسدود کردن اشعه ماوراء بنفش و ظرفیت آنتی اکسیدانی شد، اما با معایبی نیز همراه بود:

 

۱. کاهش انعطاف پذیری در دوزهای بالا: افزودن نانوذرات زیاد (۳.۰ درصد وزنی یا بالاتر) باعث شد که آنها به هم بچسبند. این امر نقاط ضعفی ایجاد کرد که استحکام فیلم را کاهش داده و انعطاف پذیری آن را تغییر داد.

 

۲. نفوذپذیری رطوبت: از آنجا که به طور طبیعی آب را جذب می کنند، فیلم ها اجازه عبور بخار آب کمی بیشتری را دادند (افزایش ۲۷.۴٪ در نفوذپذیری).

 

۳. محدودیت‌های انتشار: در آزمایش‌های انتشار دیسک آگار، فیلم‌ها هیچ ناحیه فعال مهاری در برابر باکتری‌های ای‌ کولای یا استافیلوکوک ارئوس نشان ندادند، احتمالاً به این دلیل که CQD به جای نشت به بیرون، محکم در ماتریس نشاسته متراکم به دام افتاده بودند.

 

از آنجا که دوزهای بالاتر، یکپارچگی فیزیکی بسته‌بندی را به خطر می‌انداختند، محققان نتیجه گرفتند که **۱.۰ درصد وزنی CQDها غلظت بهینه** برای استفاده عملی روزمره است.

 

آزمایش در دنیای واقعی: گوجه‌فرنگی‌های گیلاسی مدت بیشتری تازه می‌مانند

برای اثبات پتانسیل عملی این فیلم، محققان گوجه‌فرنگی‌های گیلاسی تازه را در کیسه‌های ساخته شده از نشاسته خالص یا فیلم CQD بهینه شده ۱.۰ درصد وزنی بسته‌بندی کردند و آنها را به مدت ۶ روز در دمای ۱۰ درجه سانتیگراد نگهداری کردند.

 

نتایج، مزایای فعال ماده جدید را تأیید کرد:

- حفظ سفتی: گوجه‌فرنگی‌های پیچیده شده در فیلم CQD ۱.۰ درصد وزنی، سفتی کمتری (۱۵.۶۵ درصد کاهش) در مقایسه با گوجه‌فرنگی‌های پیچیده شده در بسته‌بندی نشاسته ساده (۱۸.۶۰ درصد کاهش) از دست دادند. با کاهش استرس اکسیداتیو در سطح میوه، CQDها به تأخیر در تجزیه آنزیمی طبیعی دیواره‌های سلولی کمک کردند.

 

- تثبیت اسیدیته: لایه CQD سطح pH گوجه‌فرنگی‌ها را بهتر تثبیت کرد و تخریب اسید آلی را که معمولاً با رسیدن بیش از حد میوه رخ می‌دهد، کندتر کرد.

 

گام بعدی چیست؟

در حالی که آزمایش اولیه ۶ روزه مزایای واضحی را در حفظ بافت و تازگی نشان داد، نویسندگان خاطرنشان می‌کنند که مطالعات ماندگاری طولانی‌تر، آزمایش مانع گاز و ارزیابی‌های ایمنی در مورد مهاجرت احتمالی نانوذرات قبل از تولید تجاری ضروری خواهد بود.

با این وجود، این فرمولاسیون ساده و کم‌هزینه، مسیری امیدوارکننده برای جایگزینی پلاستیک‌های مبتنی بر نفت با بسته‌بندی فعال سازگار با محیط زیست و مبتنی بر زیست ارائه می‌دهد که به طور فعال از کیفیت جهانی مواد غذایی محافظت می‌کند.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813026030862?via%3Dihub