如今，饑餓和長期的營養(yǎng)不良影響了全球8億多人，盡管各國越來越追求可持續(xù)能源和農(nóng)業(yè)的發(fā)展來減少貧困和饑餓，但全球每年生產(chǎn)的水果和糧食卻有高達(dá)三分之一被浪費(fèi)掉，這主要由于水果蔬菜等新鮮農(nóng)產(chǎn)品的保質(zhì)期短，極易腐爛。
目前，已有多種保鮮技術(shù)被用來延長水果的保質(zhì)期，一種是將水果打蠟，通過涂覆防腐劑來延長水果的保質(zhì)期，但是防腐劑會(huì)對人的健康產(chǎn)生不利影響；還有諸如冷藏或改良大氣包裝（MAP）的方法，但這些方法不僅昂貴費(fèi)時(shí)，而且會(huì)影響水果的外觀和口味。因此，亟需一種既不影響水果的口味，又能夠延長保質(zhì)期的綠色策略。
亮點(diǎn)
近期，美國萊斯大學(xué)的Pulickel M. Ajayan教授報(bào)道了一種可食用和洗滌的多功能生物納米復(fù)合涂層。該涂層由雞蛋衍生的聚合物和纖維素納米材料組成，能夠作為保鮮涂層噴涂在水果表面，通過延緩水果的呼吸和脫水并減少微生物入侵來延長水果的保質(zhì)期。研究人員通過草莓、鱷梨、木瓜和香蕉證明了該涂層不僅能在保持水果口味的同時(shí)延長保質(zhì)期，并且可食用以及易于清洗。這種基于雞蛋的多功能涂層有望成為一種經(jīng)濟(jì)且可持續(xù)的方法，通過防止易腐食品的損失來減少全球食品浪費(fèi)。
生物納米復(fù)合涂層的制備
蛋清主要由蛋白組成，可以干燥形成堅(jiān)固的可食用膜。研究人員以蛋清為原料，并添加甘油作增塑劑以增加柔韌性，使涂層能夠覆蓋任何形狀的水果而不會(huì)開裂；同時(shí)加入小部分疏水性的蛋黃，減輕對水分的敏感性；然后添加具有抗菌特性的姜黃素來抑制水果表面的微生物生長，保持水果的新鮮度；最后，加入纖維素納米晶體（CNC），以降低涂層的水和氣體滲透率并增加機(jī)械強(qiáng)度。
納米復(fù)合溶液對不同水果的涂覆
研究人員測量了納米復(fù)合溶液的粘度與剪切速率的關(guān)系，以研究該溶液作為保形涂料的可加工性，結(jié)果如圖2所示，溶液粘度剪切后降低了近三個(gè)數(shù)量級，表現(xiàn)出剪切稀化行為。表明該涂層可以通過噴涂的方式涂覆在水果表面，在水果表面形成更薄更均勻的涂層。
隨后，研究人員比較了納米復(fù)合溶液在香蕉、木瓜和鱷梨果皮上的接觸角，以探究溶液對水果的親和力。結(jié)果顯示，鱷梨表面的接觸角約為45°，并在8分鐘內(nèi)下降至25°，說明涂層溶液對鱷梨表面具有很高的親和力；同樣，木瓜和香蕉表面的接觸角在8分鐘內(nèi)也降低了15％以上，表明該涂層溶液對多種水果表面具有廣泛適用性。
納米復(fù)合涂層對水果的保鮮效果
隨后，研究人員評估了涂層對躍變型水果香蕉、鱷梨和木瓜以及非躍變型水果草莓的保鮮效果。結(jié)果如圖3所示，購買數(shù)天后，未經(jīng)涂覆的水果外觀和內(nèi)部均表現(xiàn)出褐變和腐爛，而經(jīng)生物納米復(fù)合溶液涂覆后的水果放置一周以上內(nèi)外均沒有任何變化。證實(shí)了研究人員制備的納米復(fù)合涂層能夠延長易腐爛水果保質(zhì)期的目的。
納米復(fù)合膜的性能測試
為了防止在處理和存儲(chǔ)過程中過早失效或破裂，良好的機(jī)械性能是水果涂層的基本要求之一，研究人員制備了圖4所示的獨(dú)立納米復(fù)合膜，該膜具有極高的柔韌性，可以反復(fù)彎曲和折疊而不會(huì)破裂，具有優(yōu)異的機(jī)械性能。
此外，與其他用于包裝的聚合物相比，研究人員制備的涂層疏水性更高，這種較高的疏水性使膜的水滲透性較低，從而降低了水果中水分的擴(kuò)散，能夠更好地保持新鮮度。
納米復(fù)合涂層的氣體阻隔性和抗菌性
水果腐爛的一個(gè)重要原因是水果呼吸導(dǎo)致的氧化，因此研究人員測試了納米復(fù)合膜的O2的阻隔性能。結(jié)果如圖5所示，與其他包裝材料相比，該膜的氧氣滲透率（OP）低，表明水果經(jīng)該納米復(fù)合膜涂覆后會(huì)降低細(xì)胞呼吸作用，從而延長水果的保質(zhì)期。
此外，水果表面微生物的生長也同樣會(huì)導(dǎo)致水果的腐爛，研究人員使用大腸桿菌菌株評估了涂層的抗微生物特性，將菌株在膜上過夜孵育后，細(xì)菌濃度降為零。表明該膜可在24小時(shí)內(nèi)有效消除水果表面生長的細(xì)菌，并且強(qiáng)大的抗菌活性還可以減少水果的腐爛，甚至可以減少食源性疾病的爆發(fā)。
納米復(fù)合涂層的毒性和可洗滌性
生物相容性對于水果表面的涂層至關(guān)重要，因?yàn)橄M(fèi)者在食用水果時(shí)會(huì)有意或無意地?cái)z入涂層。研究人員使用胰腺癌細(xì)胞（Panc02）來評估涂層的毒性。如圖6所示，用涂層孵育24小時(shí)后，各個(gè)實(shí)驗(yàn)組中的細(xì)胞存活率均超過90％，而且涂層的所有原料均是可食用的。因此該納米復(fù)合涂層不僅沒有毒性而且具有可食用性。
最后，為了證明涂層的可清洗性，研究人員通過溶膠-凝膠測試以檢測涂層在水中的溶解度，將制備的納米復(fù)合膜放入裝有去離子水的小瓶中，在室溫下?lián)u晃約2分鐘后，薄膜完全分解并分散到去離子水中。這表明與目前使用的不可清洗的蠟質(zhì)涂料相比，該納米復(fù)合涂層通過用水沖洗并輕輕擦拭表面即可輕松地從果皮上取下。
在本篇文章中，研究人員開發(fā)了一種基于蛋清的納米復(fù)合涂層。該涂層由可食用的原料制備，而且機(jī)械性能堅(jiān)固、易于生產(chǎn)。并通過對四個(gè)常見水果的測試，證明了涂層可以有效地延長水果的保質(zhì)期和新鮮度，為防止水果腐爛提供了一種新的方法。我們相信，這項(xiàng)工作為解決全球食品浪費(fèi)問題提供了一種環(huán)保、高度可擴(kuò)展且低成本的創(chuàng)新方法！
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