Ученые кафедры «Пищевые и биотехнологии» ЮУрГУ Артём Малинин, Арам Цатуров и Анастасия Игнатова опубликовали результаты исследования новых образцов упаковочной плёнки.
Природоподобные и экосберегающие технологии сегодня в приоритете у человечества. Одна из таких разработок – биоразлагаемая упаковка на основе картофельного крахмала и хитозана. В идеале полученные пленочные экоматериалы способны полностью заменить в качестве упаковки синтетические полимеры и снизить нагрузку на биосферу.
Повсеместная распространённость картофельного крахмала известна, его можно найти в любом домашнем хозяйстве. При термическом воздействии водные суспензии крахмала изменяют агрегатное состояние и переходят в клейстер, в процессе желатинизации, крахмальные гранулы набухают и упрочняются, но в то же время остаются кристаллически упорядоченными – это делает крахмал отличной основой для изготовления плёночных материалов.
Хитозан – это аминополисахарид. Его как правило, выделяют из хитина, входящего в состав панцирей ракообразных, но может быть также выделен из хитина иного происхождения, например, из грибов. Уникальные свойства хитозана, в частности противомикробные и антиоксидантные, уже сегодня используются в разработках пищевых плёнок для упаковки фруктов и овощей.
Исследователями ЮУрГУ было проведено комплексное исследование по оптимизации композиций крахмала и хитозана для получения новых экопленок, проведены испытания скорости разложения и прочности в эксплуатации при растяжении и ударе – предел прочности при нагрузке до 3 МПа. Затем плёнки инкубировали в воде при разных температурах и длительности выдержки (от нескольких часов до 3 суток) для определения оптимальных барьерных свойств в зависимости от соотношения основных ингредиентов.
Учёных кроме прочностных характеристик и барьерных свойств также интересовали свойства биобезопасности для упакованных объектов, дабы не навредить конечному потребителю, поэтому оценивали такие свойства, как «миграция веществ из плёнки в имитаторы пищевых систем». На данном этапе лучшие результаты были достигнуты в исследованиях на имитаторах лиофильных систем чем для гидрофильных, что послужили основанием для корректировки композиционного состава пленок.
Учёные пришли к выводу что при изменении вариации ингредиентов (картофельного крахмала и хитозана) в суспензии можно регулировать свойства будущей биоразлагаемой пленки, влиять на ее прочность и другие физико-механические характеристики, водопоглощение, а также миграцию веществ в упаковку и из нее.
Наилучшие оптимальные показатели по прочности и водопоглощению наблюдаются у образцов пленки, содержащей картофельный крахмал и хитозан в соотношении 1 к 1,5.
Наилучшие результаты по минимизации «миграции» пленки в пишевой продукт показали образцы где доля картофельного крахмала к доле хитозана составляет 1 к 0,5.
Сырьё – картофельный крахмал и хитозан соответствует требованиям ГОСТ России 53876-2010.
При этом полученные плёнки экологичны и по своим характеристикам могут служить альтернативой традиционным упаковочным материалам – полимерным плёнкам на основе термопластов.
Исследование выполнено при поддержке программы стратегического развития вузов «Приоритет-2030» нацпроекта «Наука и университеты».