Хранение пищевых продуктов является глобальной проблемой. Одним из вариантов решения проблем хранения продуктов может быть использование при изготовлении упаковки наноматериалов.
Специалисты компании Графен Плюс занимаются исследованиями возможностей применения оксида графена при изготовлении упаковки для пищевых продуктов и уже сегодня имеют определенные позитивные результаты, которые могут быть применены на практике.
Сейчас во многих случаях вопрос хранения пищевых продуктов решается добавлением к продуктам консервантов — веществ, подавляющих размножение микроорганизмов и микрофлоры. Такие вещества обычно ухудшают вкусовые свойства и питательность продукта и вообще снижают его качество. Также проблемой является противомикробная резистентность консервантных соединений, поскольку новые штаммы микробов нечувствительны к известным препаратам. Альтернативой консервантам является создание локальной среды (упаковки), в котором развитие микроорганизмов будет затруднено или невозможно.
В последние годы по сравнению с вакуумной упаковкой и упаковкой, содержащей модифицированную газовую среду, все большее внимание уделяется созданию активной упаковки из многокомпонентных материалов.
Активная упаковка является результатом инновационного подхода к созданию упаковки. Термин «активная упаковка» означает включение вспомогательных веществ в состав упаковочных материалов или добавление их к упаковке с целью обеспечения и увеличения срока годности упакованного продукта. Это направление привлекает большое внимание, поскольку введение добавки не в пищевой продукт, а в матрицу оболочки позволяет пролонгировать действие добавки. При этом обеспечивается необходимая концентрация добавки на поверхности защитной оболочки, которая непосредственно контактирует с пищевым продуктом. Важным преимуществом «активных» упаковок является то, что благодаря иммобилизации добавок миграция их в пищевой продукт сведена к минимуму.
Многокомпонентные материалы не только продлевают срок хранения, но и способны:
Графен имеет значительный потенциал с точки зрения создания альтернативных, экологически безопасных упаковок. Графен может выступать в качестве барьера для кислорода и влаги и имеет как проводимость для антистатической упаковки, так и жесткость для повышения прочности упаковки. Также графен может служить эффективной матрицей для введения необходимых пищевых добавок. В частности, графен улучшает свойства упаковки продуктов питания в пяти ключевых областях:
- Обеспечение микробиологической безопасности пищевых продуктов, продление срока их хранения без изменения показателей качества. Графеновые наноструктуры обладают антибактериальным действием (Pang et al. Nanoscale Research Letters (2017)), что обусловлено механическим нарушением клеточной мембраны бактерий (Li J, Wang G, et al. Sci Rep (2014)) и переносом заряда в системе наноструктура-клетка (Tu Y, Lv M, et al. Nat Nanotechnol (2013)).
- Создание более тонких и прочных материалов – простой способ уменьшить количество пластика в упаковке. Этого можно достичь при применении нанокомпозитов для упаковки пищевых продуктов, используя их высокую механическую прочность, а также барьерные свойства графена для повышения защиты продукта.
- Создание селективных барьеров – проницаемость для водяных паров в таких материалах снижена на 87%, а проницаемость для кислорода уменьшена на два порядка как в сухих, так и во влажных условиях. Отличные барьерные свойства нового материала объясняются компактной пластинчатой микроструктурой композита и высокой гидрофобностью пленки восстановленного оксида графена; и, наконец, созданием длинного и извилистого диффузного пути для молекул воды и кислорода, который в 1500 раз превышает толщину барьера графена.
- Хотя основной функцией большинства пищевых упаковок является образование барьера для кислорода и влаги, некоторые продукты, такие как мясо и фрукты, должны иметь возможность выпускать газы во время транспортировки и хранения. Например, отверстия в упаковке часто используются, чтобы позволить фруктам выпускать этилен. В этих случаях может потребоваться тщательный баланс проницаемости различных газов, и 2D-графеновые материалы могут использоваться для разработки упаковки с селективными барьерами, которые позволяют проникать некоторым газам, блокируя другие.
- Улучшение барьерных характеристик биологически разлагаемых материалов. Существует много материалов с качественными барьерными характеристиками, но они, как правило, не подлежат биологическому разложению. Биоразлагаемость пластмасс или целлюлозы может быть улучшена за счет добавления графена для достижения высокого уровня барьерных характеристик в компостном продукте. Применение биоразлагаемых упаковок возможно и за пределами пищевого сектора для одноразовых упаковок, использование которых создает экологическую проблему.
Обработка поверхностей термически восстановленным оксидом графена
Специалистами Графен Плюс разработаны способы обработки поверхностей термически восстановленным оксидом графена для создания супергидрофобных покрытий, улучшения барьерных свойств и прочности упаковочных материалов.
Усиленные графеном бионанокомпозиты полипропилен-целлюлоза
Специалистами Графен Плюс разработаны бионанокомпозиты на основе целлюлозы—графена—полипропилена(ПП) для биоразлагаемых упаковочных систем, которые имеют хорошие упругие, электрические и механические свойства.
Включение графена в матрицу целлюлоза—ПП не только придает биоразлагаемость и улучшенные механические свойства композитным материалам графен(TRGO)—ПП—целлюлоза. Благодаря наличию активного кислорода TRGO улучшает адгезию между неполярным гидрофобным полипропиленом и гидрофильной целлюлозой, что упрощает процесс изготовления композитов. Бионанокомпозиты на основе целлюлозы—TRGO—ПП обладают хорошими барьерными свойствами газ/вода/свет.
Таблица 1 Механические свойства бионанокомпозитов на основе целлюлозы
Сотрудничество
Наша компания занимается разработками в сфере промышленного применения углеродных наноматериалов, создает новые продукты на основе графена и фуллерена и выполняет исследования и внедрение в технологические процессы промышленных предприятий под заказ. Заинтересованы?
Давайте сотрудничать