Naukowcy z Uniwersytetu Kiusiu stworzyli giętką folię z zatopionym naturalnym barwnikiem roślinnym, który zmienia kolor w miarę psucia się żywności, co pozwala konsumentom ocenić świeżość produktu bez konieczności otwarcia opakowania. Co więcej, innowacyjny materiał potrafi również samoczynnie naprawiać swoje rozcięcia, co zapobiega przedostawaniu się bakterii do wnętrza opakowania podczas transportu i przeładunku.
Koncepcyjny model inteligentnego hydrożelu o właściwościach samonaprawiających. Fot. Fumihiko Tanaka/Kyushu University
Folia, o której informuje czasopismo „Chemical Engineering Journal”, wykorzystuje antocyjany – barwniki odpowiadające za kolor m.in. fioletowych batatów i czerwonej kapusty – do śledzenia zmian sygnatury chemicznej w żywności takiej jak mięso. Gdy pH żywności rośnie, antocyjany zmieniają barwę z purpurowo-czerwonej na żółto-zieloną, a dzięki swemu naturalnemu pochodzeniu mogą bezpiecznie wchodzić w kontakt z żywnością.
Naukowcy biorący udział w projekcie zdawali sobie sprawę, że światło i ciepło mogą zakłócać reakcję barwną antocyjanów, powodując błędne odczyty i czyniąc je niewiarygodnymi w roli długoterminowego wskaźnika. Aby ustabilizować barwniki, zespół badawczy wykorzystał UiO66-NH₂ – szkielet metaliczno-organiczny (MOF), czyli syntetyczny materiał znany ze swojej „stabilności termicznej i chemicznej”.
„Szkielety MOF przyciągnęły ogromną uwagę ze względu na swoje unikalne, porowate struktury oraz wszechstronne funkcje. Zacząłem się zastanawiać, czy można by je wykorzystać do czegoś bliższego codziennemu życiu, na przykład do konserwacji żywności” – wspomina Xirui Yan, główny autor badania i naukowiec JSPS na Wydziale Rolnictwa Uniwersytetu Kiusiu.
Jak się okazuje, cząsteczki antocyjanów wiążą się z powierzchnią MOF poprzez różnorodne reakcje chemiczne, które trwale utrzymują je na swoim miejscu. Cząsteczki te są chronione przed tlenem, światłem i ciepłem - które wywołują ich degradację - zachowując jednocześnie wrażliwość na zmiany pH. W testach żywnościowych z użyciem wieprzowiny zabezpieczony barwnik wykazywał stabilną i powtarzalną reakcję: w miarę jak mięso się psuło, a wokół gromadziły się gazy o odczynie zasadowym, materiał płynnie zmieniał barwę z purpurowo-czerwonej na żółto-zieloną, dając czytelny sygnał na każdym etapie zmian.
Następnie zespół badawczy włączył wzbogacony o antocyjany szkielet MOF do struktury hydrożelu, uzyskując miękką i podatną na formowanie folię, która jest „w przeważającej mierze pochodzenia roślinnego” i ulega biodegradacji. Naukowcy wykazali, że materiał ten wydłużył również okres przydatności do spożycia wieprzowiny o około 12 godzin w porównaniu z próbkami niepoddanymi żadnym modyfikacjom.
Folia posiada również zdolność do samonaprawiania – po przecięciu i dociśnięciu do siebie brzegów uszkodzenie staje się „prawie niewidoczne” w ciągu kilku minut, a wytrzymałość na rozciąganie powraca do poziomu 99% w zaledwie dwie godziny. Fumihiko Tanaka, profesor na Wydziale Rolnictwa Uniwersytetu Kyushu, wyjaśnia: „W konwencjonalnych opakowaniach każde pęknięcie jest trwałe i staje się otwartymi wrotami dla bakterii. Ten materiał samoczynnie się zabliźnia. Rana się goi, a wraz z nią powraca zdolność do ochrony zawartości, co czyni go trwalszym i bardziej niezawodnym w praktycznym użyciu”.
Zespół bada obecnie możliwość stworzenia dedykowanej aplikacji na smartfony. Badacze mają nadzieję, że da ona producentom, firmom logistycznym oraz kupującym niezawodne i obiektywne narzędzie do oceny jakości żywności w czasie rzeczywistym.
Opracowano na podstawie informacji serwisu Packaging Europe
