Ambalajul din hidrogel inteligent își schimbă culoarea când alimentele se strică
Produsele din carne dintr-o vitrină de supermarket pot părea perfect proaspete, chiar și în condițiile în care bacteriile se înmulțesc deja în ambalaj.
Cercetătorii de la Universitatea Kyushu consideră că ambalajul în sine ar trebui să ofere semnalul. Într-un studiu publicat în Chemical Engineering Journal, aceștia au dezvoltat un film moale și flexibil, încorporat cu un pigment natural din plante, care își schimbă culoarea pe măsură ce alimentele se strică, oferind consumatorilor un semnal vizibil fără a deschide ambalajul. Materialul are, de asemenea, capacitatea de a-și repara tăieturile, menținând bacteriile departe în timpul transportului și manipulării.
Prospetimea are o semnătură chimică. De exemplu, carnea începe să devină ușor acidă. Pe măsură ce bacteriile se înmulțesc, acestea descompun proteinele și eliberează compuși alcalini, astfel că pH-ul cărnii crește constant înainte de a apărea orice semn vizibil de alterare.
Antocianinele, pigmenții care stau la baza culorii cartofilor dulci mov și a varzei roșii, urmăresc această schimbare direct. Pe măsură ce pH-ul crește, acestea trec de la violet-roșu la galben-verde. Această modificare este vizibilă cu ochiul liber, iar proveniența lor naturală le face sigure pentru contactul cu alimentele. Totuși, lumina și căldura pot ușor perturba răspunsul lor de culoare, provocând citiri false și făcându-le nesigure ca indicatori pe termen lung.
Echipa a obținut antocianinele din cartofii dulci mov, o cultură accesibilă și disponibilă pe scară largă, pe care le-a măcinat și liofilizat într-o pulbere. Pentru stabilizare, au apelat la UiO66-NH₂, un cadru metal-organic (MOF) cunoscut pentru stabilitatea sa termică și chimică.
MOF-urile au atras o atenție enormă datorită structurilor lor poroase unice și funcțiilor versatile, iar eu m-am întrebat dacă ar putea fi folosite pentru ceva mai apropiat de viața de zi cu zi, cum ar fi conservarea alimentelor. La întâlnirile HOPE cu laureați Nobel, am asistat la prelegerea profesorului Susumu Kitagawa despre utilizarea durabilă a materialelor poroase funcționale. Perspectiva sa m-a inspirat să mă gândesc mai amplu la modul în care MOF-urile ar putea crea valoare în sistemele alimentare.
În proiectarea lor, moleculele de antocianină se adsorb pe suprafața MOF-ului prin multiple interacțiuni chimice, fiind ancorate în loc. Fixate și mai puțin mobile, moleculele sunt protejate de oxigen, lumină și căldură, care determină degradarea, rămânând în același timp sensibile la pH. În testele alimentare efectuate cu carne de porc, pigmentul protejat a dovedit că răspunde constant: pe măsură ce carnea se strică și gazele alcaline se acumulau, materialul își schimba continuu culoarea de la violet-roșu la galben-verde, oferind un semnal citibil la fiecare etapă.
Ulterior, echipa a încorporat MOF-ul încărcat cu antocianină într-un hidrogel, producând un film moale, modelabil, în mare parte derivat din plante și biodegradabil. Dincolo de monitorizarea prospețimii, materialul a extins și durata de viață a cărnii de porc cu aproximativ 12 ore comparativ cu mostrele netratate.
„Un alt aspect interesant al acestui material este că nu doar protejează alimentele, ci se și repară singur”, remarcă Fumihiko Tanaka. Atunci când este tăiat și presat din nou, daunele devin aproape invizibile în câteva minute, iar tăria de tracțiune revine la 99% în decurs de două ore. „În ambalajele convenționale, orice fisură este permanentă și devine un punct de intrare pentru bacterii. Acest material se leagă din nou singur. Rana se vindecă și, la fel, capacitatea sa de a proteja ceea ce este în interior, ceea ce îl face mai durabil și fiabil în utilizarea practică.”
Echipa explorează acum o aplicație pentru smartphone, oferind producătorilor, companiilor de logistică și cumpărătorilor o modalitate fiabilă și obiectivă de a evalua calitatea alimentelor în timp real.
„Aceasta nu trebuie să se oprească la ambalajul alimentar”, adaugă Fumihiko Tanaka. „Materialele inteligente construite din ingrediente naturale și nanotehnologie ar putea avea utilizări pe care nu le-am imaginat încă. Dacă cineva vede un loc unde aceasta ar putea funcționa, ne-ar plăcea să auzim despre asta.”
