Съедобная упаковка вместо парафина

Апокалиптические кадры с островами из мусора в океане ученые БРИКС решили оставить в прошлом. Их совместные усилия направлены на создание инновационной упаковки для овощей и фруктов. Основной упор сделан на экологичность. Упаковка биоразлагаемая, содержит только вещества, растворимые в воде, безопасные при попадании в организм человека, и при этом она позволяет существенно увеличить срок хранения плодов, а значит, и сохранность урожая — это одна из основных проблем для производителей сельхозпродукции. В среднем в мире гниет и выбрасывается до половины всего собранного урожая овощей и фруктов. Технологии хранения продукции в больших хранилищах позволяют уменьшить эту долю до 40% за счет снижения содержания кислорода в искусственно созданной среде хранилищ. Но потери все равно огромны.

Упаковка, созданная в Институте химии Санкт-Петербургского государственного университета, имеет две основные модификации. Одна из них наносится на яблоки, перцы и бананы методом окунания в специальный раствор. другая представляет собой пленку, но, в отличие от пластика, биоразлагаемую. Составы для первых видов продуктов уже готовы к внедрению.

Ученые говорят, что предприниматели уже проявляют интерес к их разработке. И что уже в ближайшем будущем — года через два-три — мы начнем забывать, что когда-то покупали залитые парафином яблоки и подолгу отмывали их под струей горячей воды без особой надежды на успех.

Важно для всех

Разработки съедобной упаковки финансируются по системе грантов БРИКС. Это значит, что только если несколько стран заинтересованы в проекте, он получает поддержку. При этом каждая страна финансирует свою группу ученых, а они сотрудничают друг с другом, обмениваются опытом, наработками, технологическими решениями, вместе проверяют рабочие гипотезы в условиях своих стран. Институт химии Санкт-Петербургского государственного университета подал заявку на грант три года назад. Одновременно заявки в фонды своих стран направили ученые из Бразилии, Индии и ЮАР. После одобрения заявки группа российских ученых из  СПбГУ, работающих над проектом "Разработка и изучение инновационной функциональной биопищевой упаковки"  получила от Минобрнауки финансирование в объеме 4,5 млн рублей и началась работа по созданию составов для биоупаковки. 

«Каждая из стран имеет опыт в приготовлении биопищевой упаковки, но в то же время имеет разные компетенции, благодаря которым команде удается достичь хороших результатов в приготовлении дисперсий и пленок, — рассказала “Стимулу” руководитель проекта с российской стороны Анастасия Пенькова, заместитель директора по научной работе Института химии СПбГУ, председатель научной комиссии университета в области химических наук. — Так, Индия обладает компетенциями в части синтеза реагентов из агроотходов, ЮАР — в части проведения микробиологического анализа и изучения жизненного цикла пленок, Россия обладает большими возможностями для изучения различных физических и физико-химических свойств разработанных образцов. В Бразилии имеются полупромышленные установки для изучения масштабирования нанесения дисперсий и получения пленок, страна также обладает компетенциями в применении математических методов обработки экспериментальных данных для поиска оптимальных свойств разработанных дисперсий и пленок для определенных типов фруктов и овощей».

В Институте химии СПбГУ сразу две научные группы ведут исследования в области создания биоразлагаемой упаковки. Вторая группа, под руководствам Майи Успенской, недавно вошла в состав института, однако значительно обогатила разработки междисциплинарным подходом, разнообразила объекты исследований и набор исходных компонентов для составов.

Ученые сочетают экспериментальные методы с математическим моделированием и уже получили рабочие составы для упаковки яблок, перцев и бананов. Но на этом они, конечно, не остановятся. Постепенно будут добавляться другие продукты, для каждого их них будут создаваться наиболее успешно применяемые варианты составов. И так до тех пор, пока дерево вариантов и продуктов не станет очень ветвистым и внушительным.

Анастасия Пенькова, заместитель директора по научной работе института химии Санкт-Петербургского государственного университета, председатель научной комиссии в области химических наук СПбГУ и доцент института химии Мария Дмитренко (крайняя справа) с гостями института химии СПбГУ - лидером в области исследования полимеров в Индии, профессором Томасом Сабу и двумя аспирантами из университета Махатма Ганди - Акхилом и Гришмой

Архив А. Пеньковой

Что в составе

В основе всех составов — биополимеры. Если группа Майи Успенской работает с хитозаном, который больше подходит для упаковки влажных продуктов вроде рыбы, то группа Анастасии Пеньковой использует каррагинан, получаемый из морских водорослей. В состав также входит крахмал, добываемый из корневищ растений, например картофеля и других подобных культур, и наноцеллюлоза, получаемая из листьев ананаса — она нужна для придания покрытию механической прочности.

Состав представляет собой жидкость, в которую окунают фрукт, затем сушат, один или несколько раз. «После окунания фрукт высыхает и на нем образуется пленка. Эта пленка не дает доступа кислороду, а значит, не происходит окисления и продукт не портится. Мы проверяли: технология хорошо работает на бананах, на яблоках, на перцах», — говорит Анастасия Пенькова. При этом пленка легко смывается водой. А если вдруг пленку по какой-то причине не смыли и она попала в организм человека, эффект будет такой же, как если выпить немного киселя.

Эксперименты показали, что срок хранения продуктов в обычных условиях, не в специальных хранилищах, увеличивается на две недели. В специальных хранилищах со сниженным содержанием кислорода — намного дольше.

«Мы работаем по этому проекту уже третий год, составы готовы. Мы подали заявку на патент», — сообщила наша собеседница. По ее словам, составы готовы к внедрению. Майя Успенская отметила, что в большинстве своем разработкой интересуются небольшие инновационные фирмы, которые ищут разработку, на которой смогут начать завоевывать рынок. Гиганты сельхозиндустрии более сдержанны: у них уже закуплено оборудование и распланированы затраты и прибыли исходя из применяемых технологий, на годы и десятилетия вперед.

Яблоко, защищенное биоразлагаемой пленкой

Наталия Михальченко

Вместо пластика

Второй вариант упаковки напоминает привычный полиэтилен, но в его составе биополимеры. Испытания этого вида упаковки показали, что в обычных условиях, при привычных для человека показателях температуры, влажности и давления, пленка не разлагается на протяжении трех лет. «А если мы закапываем такой пакет в почву, в перегной, на пять сантиметров, прекращаем доступ воздуха, пленка начинает разлагаться в течение месяца. При попадании в почву с избытком воды уже через две недели ее можно не найти. При этом в почву попадает крахмал и некоторые растительные ингредиенты», — отметила Анастасия Пенькова. Это значит, что такие пакеты не будут образовывать мусорные острова при попадании в Мировой океан, они просто растворятся.

Хамелеон

Среди составов, разработанных учеными СПбГУ, есть составы с антибактериальными свойствами. Например, они содержат алое вера и даже экстракт китайской розы — гибискуса. В южных странах это растение считается сорняком, в России растет в природе в Сочи, в зоне субтропиков. Смысл добавления гибискуса в том, что если продукт начинает портиться, то этот экстракт меняет цвет упаковки. И таким образом удается при беглом взгляде оценить сохранность продуктов.

Поиски новых вариантов составов продолжаются.