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三分之一被浪費掉，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時，而且會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
近期，美國萊斯大學的Pulickel M. Ajayan教授報道了一種可食用和洗滌的多功能生物納米復合涂層。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。
生物納米復合涂層的制備
蛋清主要由蛋白組成，可以干燥形成堅固的可食用膜。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開裂；同時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械強度。
納米復合溶液對不同水果的涂覆
研究人員測量了納米復合溶液的粘度與剪切速率的關系，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。證實了研究人員制備的納米復合涂層能夠延長易腐爛水果保質(zhì)期的目的。
納米復合膜的性能測試
為了防止在處理和存儲過程中過早失效或破裂，良好的機械性能是水果涂層的基本要求之一，研究人員制備了圖4所示的獨立納米復合膜，該膜具有極高的柔韌性，可以反復彎曲和折疊而不會破裂，具有優(yōu)異的機械性能。
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散，能夠更好地保持新鮮度。
納米復合涂層的氣體阻隔性和抗菌性
水果腐爛的一個重要原因是水果呼吸導致的氧化，因此研究人員測試了納米復合膜的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)該納米復合膜涂覆后會降低細胞呼吸作用，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導致水果的腐爛，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，細菌濃度降為零。表明該膜可在24小時內(nèi)有效消除水果表面生長的細菌，并且強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重要，因為消費者在食用水果時會有意或無意地攝入涂層。研究人員使用胰腺癌細胞（Panc02）來評估涂層的毒性。如圖6所示，用涂層孵育24小時后，各個實驗組中的細胞存活率均超過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合涂層。該涂層由可食用的原料制備，而且機械性能堅固、易于生產(chǎn)。并通過對四個常見水果的測試，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，這項工作為解決全球食品浪費問題提供了一種環(huán)保、高度可擴展且低成本的創(chuàng)新方法！
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