Τουλάχιστον το ένα τρίτο όλων των τροφίμων που παράγονται για ανθρώπινη κατανάλωση χάνεται πριν φτάσει στα ράφια των σούπερ μάρκετ. Ένας από τους σημαντικότερους υπαίτιους είναι το αιθυλένιο, ένα φυσικό αέριο που απελευθερώνουν τα φρούτα και τα λαχανικά καθώς ωριμάζουν. Αν συσσωρευτεί μέσα σε ένα κοντέινερ μεταφοράς ή σε έναν ψυκτικό χώρο αποθήκευσης, επιταχύνει την αλλοίωση όλων των προϊόντων. Οι επιστήμονες αναζητούν εδώ και χρόνια φθηνά υλικά κατάλληλα για συσκευασίες τροφίμων που να απορροφούν το αιθυλένιο πριν προκαλέσει ζημιά.
Τώρα, μια νέα μελέτη δείχνει ότι ένας κοινός τύπος αργίλου, όταν τροποποιηθεί χημικά με συγκεκριμένους τρόπους, μπορεί να παγιδεύσει σημαντικά επίπεδα αιθυλενίου. Παράλληλα, χαρτογράφησαν με ακρίβεια τα σημεία όπου συγκρατείται το αιθυλένιο, συμβάλλοντας στην καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο μπορεί να δεσμεύεται πιο αποτελεσματικά.
Η μελέτη τους, που δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση «Applied Surface Science Advances», εστιάζει στον μοντμοριλλονίτη, ένα φυσικά άφθονο και χαμηλού κόστους ορυκτό άργιλο που χρησιμοποιείται σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τρεις διαφορετικές εκδοχές του: μια φυσική, μη επεξεργασμένη μορφή, μια που είχε υποβληθεί σε κατεργασία με οξύ και μια τρίτη που, πέρα από την επεξεργασία με οξύ, είχε επιπλέον τροποποιηθεί με χολίνη– ένα μόριο που σχετίζεται με τα θρεπτικά συστατικά και μερικές φορές βρίσκεται στα τρόφιμα.
Τρεις μορφές αργίλου, τρεις πολύ διαφορετικές συμπεριφορές
Ο μοντμοριλλονίτης έχει στρωματώδη δομή, σαν μια μικροσκοπική στοίβα φύλλων με μικροσκοπικά κενά ανάμεσά τους. Η επεξεργασία με οξύ δημιουργεί τρύπες και ατέλειες, αυξάνοντας την επιφάνεια και παρέχοντας περισσότερα σημεία όπου μπορούν να προσκολληθούν μόρια αερίου. Η τροποποίηση με χολίνη «ανοίγει» περισσότερο αυτές τις δομές και αλλάζει τη χημική τους φύση, καθιστώντας τις πιο ελκυστικές για την παγίδευση αιθυλενίου.
Για να κατανοήσουν τι συμβαίνει σε μικροσκοπικό επίπεδο, η ομάδα χρησιμοποίησε πέντε τεχνικές μέτρησης. Μία από αυτές, χρησιμοποιεί δέσμες νετρονίων για την ανίχνευση της κίνησης μεμονωμένων ατόμων, παρακολουθώντας πού καταλήγουν τα μόρια αιθυλενίου στο εσωτερικό του αργίλου, στους εξωτερικούς πόρους και στην επιφάνειά του. Σε συνδυασμό με ανάλυση ακτίνων Χ, αισθητήρες μεταβολής μάζας, θερμική ανάλυση και φασματοσκοπία φωτός, οι ερευνητές μπόρεσαν να παρακολουθήσουν την πορεία του αιθυλενίου μέσα στα διαφορετικά σημεία κάθε υλικού.
Διαπιστώθηκε ότι ο μη επεξεργασμένος άργιλος απορρόφησε ελάχιστες ποσότητες αιθυλενίου. Ο άργιλος που είχε υποστεί επεξεργασία με οξύ ήταν ο πιο αποδοτικός. Ο άργιλος που είχε τροποποιηθεί με χολίνη απορρόφησε λιγότερο αιθυλένιο συνολικά, αλλά συγκράτησε πολύ πιο ισχυρά τα μόρια που παγίδευσε.
Δεν έχει σημασία μόνο πόσο αιθυλένιο απορροφάται
Στον άργιλο που είχε υποβληθεί σε επεξεργασία με οξύ, το μεγαλύτερο μέρος του αιθυλενίου εντοπίστηκε στους μεγαλύτερους επιφανειακούς πόρους, όπου συγκρατούνταν μέσω ασθενών φυσικών δυνάμεων έλξης. Περίπου το ένα τρίτο είχε διεισδύσει στο εσωτερικό του υλικού και συγκρατούνταν πιο σταθερά. Στον άργιλο με χολίνη σχεδόν τα τρία τέταρτα του αιθυλενίου (76%) παρέμεναν εγκλωβισμένα στο εσωτερικό , έναντι μόλις 37% στο δείγμα που είχε υποστεί μόνο όξινη επεξεργασία.
Τα μόρια χολίνης καταλαμβάνουν αυτούς τους χώρους και αλλάζουν τη χημεία τους, φαίνεται να προσελκύουν και να σταθεροποιούν το αιθυλένιο. Η συνολική απορρόφηση ήταν χαμηλότερη, επειδή τα μόρια χολίνης καταλαμβάνουν χώρο που αλλιώς θα ήταν διαθέσιμος, αλλά το αιθυλένιο που εισέρχεται συγκρατείται πολύ πιο ισχυρά, απαιτώντας υψηλότερες θερμοκρασίες για να απελευθερωθεί ξανά.
Ένα σχέδιο για καλύτερες συσκευασίες τροφίμων
Για τους μηχανικούς συσκευασίας, τα αποτελέσματα προσφέρουν έναν πιο σαφή οδηγό σχεδιασμού. Η επεξεργασία με οξύ επιτυγχάνει τη μέγιστη συνολική απορρόφηση αιθυλενίου υπό τις συνθήκες της μελέτης, κάτι που είναι χρήσιμο για προϊόντα που ωριμάζουν γρήγορα ή για μεγάλες αποστάσεις μεταφοράς. Η τροποποίηση με χολίνη δημιουργεί ένα υλικό που συγκρατεί το αιθυλένιο πιο σταθερά, μειώνοντας πιθανώς την επανεκπομπή του μέσα στη συσκευασία. Η χολίνη επιλέχθηκε με γνώμονα εφαρμογές σχετικές με τρόφιμα, όπως σημειώνουν οι ερευνητές, αν και η μελέτη δεν αξιολόγησε ζητήματα ασφάλειας ή κανονιστικής καταλληλότητας για επαφή με τρόφιμα.
Η μετάβαση από εργαστηριακά αποτελέσματα σε πραγματικά προϊόντα συσκευασίας θα απαιτούσε σημαντική περαιτέρω έρευνα. Ωστόσο, ούτε ο μοντμοριλλονίτης ούτε οι χημικές επεξεργασίες που χρησιμοποιήθηκαν είναι ακριβές ή σπάνιες, κάτι που τις καθιστά αξιόλογες για περαιτέρω διερεύνηση.
Πηγή: Studyfinds
Image by Clarissa Bell from Pixabay
