Ученые Института элементоорганических соединений РАН им. А.Н. Несмеянова создали композитную пленку для упаковки продуктов на основе растительных полимеров. Упаковка защищает пищу от ультрафиолетового излучения, бактерий, влаги и позволяет продукту «дышать». Эти свойства продлевают срок хранения продуктов и предотвращают их порчу.

Композитные пленки могут использоваться как в производстве, так и в быту. В отличие от многослойных неперерабатываемых упаковок, новая разработка биоразглагаема, что является ее несомненным преимуществом перед другими видами упаковок.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Nanomaterials.

Упаковка пищевой продукции защищает еду от физических повреждений и негативного влияния внешних химических и биологических факторов, тем самым обеспечивая ей длительный срок хранения и безопасность с сохранением питательных и вкусовых качеств.

«Задача подобных материалов — увеличение срока хранения пищевой продукции за счет контролируемого выделения функциональной упаковкой антиоксидантов и повышение безопасности продуктов за счет антибактериальных и других аналогичных веществ, а также индикаторных агентов, сигнализирующих о вероятном бактериальном загрязнении, протекании процессов гниения или длительном пребывании продуктов питания в неблагоприятных условиях», — рассказал порталу «Научная Россия» руководитель проекта, заведующий кафедрой химической физики функциональных материалов МФТИ Валентин Новиков.

В основе разработки российских ученых — эфирное масло чайного дерева, оно обладает антимикробными и антиоксидантными свойствами, которые могли бы быть полезными в упаковке пищевых продуктов. Однако некоторые его компоненты не совместимы с компонентами пленки. Поэтому специалисты предложили «завернуть» микрочастицы масла чайного дерева в наноконтейнеры, которые смогут защитить их от улетучивания и разрушения. При этом молекулы будут постепенно высвобождаться из капсул, сохраняя биологическую активность вещества.

Примеры наноконтейнеров — пористые кристаллические материалы, органические перемычки (линкеры) и металлсодержащие узлы. Они уже используются в науке и медицине, но не в пищевой промышленности.

Авторы исследования в условиях вакуума при температуре 85°С включили активные компоненты масла чайного дерева в состав металлоорганического каркаса MIL-100(Fe), получаемого из солей железа и органической кислоты. После чего заполненные наноконтейнеры ввели в матрицу на основе двух растительных полимеров, распространенных в пищевой промышленности в качестве загустителей и влагоудерживающих агентов.

Затем проверили механические свойства полученных пленок и микроструктуру их поверхности, паропроницаемость, прозрачность и антибактериальные свойства. Те образцы, в которых концентрация наночастиц не превышала 2% от массы, показали самые высокие результаты. Полученные пленки имеют высокую прочность, антибактериальные свойства, блокируют ультрафиолетовое излучение, не давая продуктам преждевременно портиться, дольше изнашиваются и не пропускают влагу. Образцы с более высоким содержанием наночастиц становились шероховатыми.

Исследователи удовлетворены полученными результатами, однако в ближайшие пять лет продукт на рынок не выйдет. Проблема — высокая стоимость производства.

«Исходные вещества (гидроколлоиды) получают, как правило, из водорослей или аналогичных природных источников, их производство пока недостаточно велико, чтобы цена на такие материалы была достаточно низкой. Придание активных свойств добавляет ценности, но все еще такие пленки как минимум в десять раз дороже полиэтиленовых, а то и дороже. Другое дело, что производство гидроколлоидов растет с каждым годом, и рано или поздно для нишевых приложений они вполне смогут стать конкурентными», — поделился руководитель проекта В.В. Новиков.

Над проектом работали специалисты из Московского физико-технического института, Научно-исследовательского института по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе, НОЦ «Композиты России» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана и Университета Сириус.