Независимо от того, измельчён лёд или нарезан кубиками, он в конечном счёте растает и превратится в лужу, но этого не происходит с так называемым желейным льдом. Исследователи Цзяхань Цзоу и Ган Сан разработали процесс создания многоразового компостируемого материала из желатина — того же ингредиента, который используется в желейных десертах. Поскольку замороженный желейный лёд не растекается при таянии, он идеально подходит для поставок продуктов и транспортировки лекарств.
Проект «желейный лёд» начался с вопроса, который задала Цзоу и Сунь Люсин Ван, специалист по пищевым продуктам из Калифорнийского университета в Дэвисе. Ван увидела, как тает лёд в витринах с морепродуктами в продуктовом магазине, и забеспокоилась, что талая вода может распространить патогены и загрязнить всю витрину. Она спросила, могут ли исследователи создать многоразовый материал, который будет работать как обычный лёд, но не будет образовывать потенциально загрязнённую лужу.
Вдохновением для создания нового материала послужило замораживание тофу. Сан, материаловед из Калифорнийского университета в Дэвисе, объясняет, что «замороженный тофу сохраняет воду внутри, но при размораживании она высвобождается. Поэтому мы попытались решить эту проблему с помощью другого материала — желатина».
Белки желатина безопасны для употребления в пищу, а их длинные нити соединяются друг с другом, образуя гидрогели с крошечными порами, которые удерживают воду, в отличие от тофу. Первые испытания гидрогелей, изготовленных из этого натурального полимера, прошли успешно. Вода оставалась в порах, когда происходила смена фаз: из жидкого состояния в твёрдое и обратно, без повреждения структуры и утечки из гидрогеля.
За прошедшие годы Цзоу оптимизировала формулу гидрогелей на основе желатина и методы их производства. Теперь у неё есть практичный одноэтапный процесс создания желеобразного льда, который на 90 % состоит из воды и который можно многократно промывать водой или отбеливателем, замораживать и размораживать. Охлаждающий материал при комнатной температуре мягкий. Но при охлаждении ниже точки замерзания воды, то есть до 0 градусов по Цельсию, он переходит в более твёрдое состояние.
«По сравнению с обычным льдом той же формы и размера, желейный лёд обладает эффективностью охлаждения до 80 % — это количество тепла, которое гель может поглотить при фазовом переходе, — говорит Цзоу. — Мы можем повторно использовать материал и сохранять его способность поглощать тепло в течение нескольких циклов замораживания и оттаивания, так что это преимущество по сравнению с обычным льдом».
Команда может производить желейный лёд в виде пластин весом 0,45 кг, похожих на продающиеся в настоящее время охлаждающие гелевые пакеты. Однако у нового материала есть преимущества перед охлаждающими пакетами или сухим льдом: ему можно придать любую форму и он пригоден для компостирования. В ходе одного из экспериментов компостированный гель улучшил рост томатов при внесении в почву. А поскольку охлаждающий материал не содержит синтетических полимеров, он не должен образовывать микропластик.
Желейный лёд, изначально разработанный для хранения продуктов, может быть полезен в сфере медицинских перевозок, биотехнологий, а также в регионах с ограниченным количеством воды для образования льда.
