Разработка покрытий из хитиновых нановолокон для продления срока хранения и подавления роста бактерий на свежих огурцах

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13195 (2023) Цитировать эту статью

998 Доступов

14 Альтметрика

Подробности о метриках

Широкое использование полимеров на основе нефти в качестве одноразовой упаковки оказало вредное воздействие на окружающую среду. Здесь мы разработали устойчивые покрытия из хитиновых нановолокон (ChNF), которые продлевают срок хранения свежих огурцов и задерживают рост патогенных бактерий на их поверхности. ChNF с различной степенью ацетилирования были успешно получены путем деацетилирования с использованием NaOH при времени обработки 0–480 минут и дефибрилляции с использованием механического смешивания. При более длительном времени реакции деацетилирования большее количество ацетамидных групп (-NHCOCH3) в молекулах хитина превращалось в аминогруппы (-NH2), что придавало ChNF антибактериальные свойства. На морфологию ChNF влияло время реакции деацетилирования. ХНФ, деацетилированные в течение 240 мин, имели среднюю ширину 9,0 нм и длину до нескольких мкм, тогда как ХНФ стержнеобразной структуры со средней шириной 7,3 нм и средней длиной 222,3 нм были получены при времени реакции 480 мин. Кроме того, мы продемонстрировали отдельное покрытие ChNF для продления срока хранения огурцов. По сравнению с ChNF со палочковидной структурой, деацетилированные в течение 120 и 240 минут ChNF имели фибриллоподобную структуру, что значительно замедляло потерю влаги огурцами и скорость роста бактерий на их внешней поверхности во время хранения. Огурцы, покрытые этими деацетилированными ChNF в течение 120 и 240 минут, продемонстрировали более низкую скорость потери веса - ⁓ 3,9% в день-1 по сравнению с огурцами без покрытия, которые показали скорость потери веса 4,6% в день-1. Этот защитный эффект, обеспечиваемый этими возобновляемыми ХНФ, имеет многообещающий потенциал для сокращения пищевых отходов и использования упаковочных материалов на основе нефти.

Пищевая упаковка, которая обычно изготавливается из полимеров на основе нефти, таких как полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) и поли(этилентерефталат) (ПЭТ), играет важную роль в защите пищевых продуктов от внешних физических, микробиологических и химических воздействий. урон1,2,3. Следовательно, качество и свежесть продуктов сохраняются, а пищевые отходы сокращаются4,5. Благодаря этим преимуществам, которые стали более существенными в свете пандемии COVID-19, по оценкам, к 2027 году стоимость мировой индустрии упаковки пищевых продуктов составит 464 миллиарда долларов США6,7. Высокое потребление упаковки из ископаемого сырья и длительная кинетика ее разложения отрицательно повлияли на окружающую среду и дикую природу в виде свалок, выбросов парниковых газов и микропластика4,8,9,10. Поэтому разработка экологически чистых и биоразлагаемых упаковочных материалов привлекла значительное внимание как практическая альтернатива6,9,11,12,13. Биополимеры, такие как полисахариды, липиды и белки, являются многообещающими материалами в упаковочной отрасли благодаря их биоразлагаемости, биосовместимости и нетоксичности3,7,9.

Хитин (поли(β-(1-4)-N-ацетил-d-глюкозамин)) является вторым по распространенности биополимером на Земле после целлюлозы14,15,16 и представляет значительный интерес благодаря своей химической стабильности, биосовместимости, биоразлагаемости, нетоксичность и механические свойства17,18. Хитин представляет собой полукристаллический полимер с микрофибриллярной архитектурой, встроенный в белковый матрикс, обнаруженный в экзоскелетах членистоногих, включая креветок, крабов и омаров10,14,15,19. Каждая хитиновая микрофибрилла состоит из нановолокон шириной 2–5 нм и длиной до нескольких мкм20,21,22. Хитиновые нановолокна (ChNF) демонстрируют превосходные характеристики: модуль Юнга ⁓ 40 ГПа, прочность 1,6 ГПа и плотность 1–1,3 кг м-3. Более того, сообщается, что пленки ChNF обладают гораздо лучшими барьерными свойствами (O2 и CO2), чем коммерческие пленки из ПП, ПЭ и ПЭТ, благодаря высококристаллической структуре ChNF23,24,25. Благодаря этим выдающимся свойствам, связанным с биоразлагаемостью и устойчивостью, ChNF широко используются в различных приложениях, таких как нанокомпозиты, мембраны, лекарства, покрытия и функциональные продукты питания2,20,22,26.