Мясные нарезки в витрине супермаркета могут выглядеть совершенно свежими, даже если внутри упаковки уже размножаются бактерии. Есть ли способ узнать это до того, как откроешь коробку? Исследователи из Университета Кюсю считают, что упаковка сама должна об этом рассказывать. В исследовании, опубликованном в Chemical Engineering Journal, ученые разработали мягкую пленку с натуральным растительным пигментом, который меняет цвет по мере порчи продуктов, давая потребителям визуальный сигнал без необходимости открывать упаковку. Материал также способен затягивать собственные порезы, предотвращая попадание бактерий во время транспортировки и погрузочно-разгрузочных работ.
У свежести есть свой химический признак. Например, мясо изначально имеет слабокислую реакцию. По мере размножения бактерий они расщепляют белки и выделяют щелочные соединения, поэтому pH мяса неуклонно повышается еще до появления видимых признаков порчи.
Антоцианы — пигменты, придающие фиолетовый оттенок батату и красной капусте, — напрямую реагируют на изменения. При повышении pH они меняют цвет с пурпурно-красного на желто-зеленый. Это изменение видно невооруженным глазом, а природное происхождение делает их безопасными для контакта с пищевыми продуктами. Однако свет и тепло могут легко нарушить их цветовую реакцию, что приведет к ложным показаниям.
Команда получила антоцианы из фиолетового батата — доступной и широко распространенной культуры, — а затем измельчила их и высушила методом сублимационной сушки, превратив в порошок. Для стабилизации ученые использовали UiO66-NH₂ — металлоорганический каркас (МОК), известный своей термической и химической стабильностью.
«Металлоорганические каркасные структуры привлекли огромное внимание благодаря своей уникальной пористой структуре и разнообразным функциям, и мне стало интересно, можно ли использовать их для чего-то более близкого к повседневной жизни, например для консервации продуктов», — вспоминает Сижуй Янь, автор исследования.
Молекулы антоцианов адсорбируются на поверхности МОК посредством множества химических взаимодействий, закрепляясь на ней. Фиксированные и менее подвижные молекулы защищены от воздействия кислорода, света и тепла, которые приводят к разрушению, но при этом остаются чувствительными к уровню pH. В ходе пищевых испытаний с использованием свинины защищенный пигмент неизменно реагировал на изменения: по мере порчи мяса и накопления щелочных газов материал постепенно менял цвет с пурпурно-красного на желто-зеленый, подавая четкий сигнал на каждом этапе.
Затем команда включила МОК с антоцианами в состав гидрогеля, получив мягкую, податливую пленку, которая в основном состоит из растительных компонентов и является биоразлагаемой. Помимо контроля свежести, этот материал также увеличил срок хранения свинины на 12 часов по сравнению с необработанными образцами.
«Еще одна интересная особенность материала заключается в том, что он не просто защищает продукты, но и сам себя восстанавливает», — отмечает Фумихико Танака, профессор сельскохозяйственного факультета Университета Кюсю. Если разрезать материал и снова соединить его края, повреждение становится практически незаметным в течение нескольких минут, а прочность на разрыв восстанавливается до 99 % в течение 2 часов. В обычной упаковке любая трещина остается навсегда и становится местом проникновения бактерий. Этот материал восстанавливается сам по себе. Рана заживает, а вместе с ней восстанавливается и способность защищать то, что находится внутри.
Сейчас команда работает над приложением для смартфонов, которое предоставит производителям, логистическим компаниям и покупателям надежный и объективный способ оценки качества продуктов в режиме реального времени.
«Это не ограничивается упаковкой продуктов питания, — добавляет Фумина Танака. — Умные материалы, созданные из натуральных ингредиентов с использованием нанотехнологий, могут найти применение, о котором мы пока даже не догадываемся. Если кто-то знает место, где это может сработать, мы будем рады об этом услышать».
