تطبيق السكريات الطحالب في تغليف المواد الغذائية

في الوقت الحالي، أصبح التلوث البلاستيكي ثاني أكثر القضايا البيئية إلحاحًا في العالم بعد تغير المناخ، مما يشكل تحديات كبيرة أمام التنمية المستدامة العالمية. الصين هي أكبر منتج ومستهلك للمواد البلاستيكية في العالم. تستخدم المواد البلاستيكية الاصطناعية المصنوعة من المنتجات البترولية على نطاق واسع في صناعة تغليف المواد الغذائية. غالبًا ما تكون العبوات البلاستيكية التقليدية غير قابلة لإعادة التدوير-، وغير قابلة للتحلل-وغير قابلة لإعادة الاستخدام، مما يؤدي إلى التراكم السريع للنفايات البلاستيكية في مدافن النفايات والمحيطات، مما يسبب مشاكل بيئية وصحية خطيرة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا أن تتراكم المواد البلاستيكية الدقيقة والمواد المضافة السامة في المواد البلاستيكية عبر السلسلة الغذائية.

يمكن لمواد التغليف القابلة للتحلل الحيوي المصنوعة من البوليمرات الحيوية أن تحل محل مواد التغليف غير القابلة للتحلل-البترولية، مما يقلل من التلوث البيئي. من بين البوليمرات الحيوية، تكون السكريات وفيرة ومنخفضة-التكلفة وغير-سامة ومتجددة وصديقة للبيئة. تتمتع السكريات المتعددة الطحالب مثل الكاراجينان والجينات والأجار والأولفان بأنشطة بيولوجية مثل خصائص مضادة للفيروسات ومضادة للبكتيريا ومضادة-للالتهابات ومضادة للأكسدة ومضادة للأورام وخصائص تنظيم المناعة-، وتستخدم على نطاق واسع في الطب والغذاء ومستحضرات التجميل وغيرها من المجالات. وفي الوقت نفسه، تتمتع السكريات المتعددة الطحالب بخصائص جيدة في تشكيل الأفلام-، وقوة ميكانيكية معينة، وأداء جيد لحاجز الغاز، مما يجعلها مناسبة لتطوير عبوات بلاستيكية-صديقة للبيئة تضمن جودة الطعام والسلامة الميكروبية.

بشكل عام، غالبًا ما يتم تطبيق السكريات الطحالب في مواد تغليف المواد الغذائية على شكل مركبات عديدة السكاريد. تشتمل طرق تعديل البوليمرات المستندة إلى عديد السكاريد- على التعديل الكيميائي للسكريات، وإضافة إضافات طبيعية أو كيميائية (مثل الملدنات، والمواد الخافضة للتوتر السطحي، والعوامل المضادة للاسمرار-، وما إلى ذلك)، والمزج مع أنواع مختلفة من البوليمرات، وتصميم أفلام متعددة الطبقات، وإضافة جسيمات نانوية. يمكن لهذه الطرق إنتاج مواد مركبة من عديد السكاريد تستخدم لتطوير أنواع جديدة من عبوات المواد الغذائية.

01

الأفلام والطلاءات الصالحة للأكل

ثاكور وآخرون. [2] تم استخدام نشا الأرز/ι-الكاراجينان/حمض دهني/جلسرين/توين 20 لتكوين طبقة صالحة للأكل ذات قوة شد عالية (116.5 نيوتن/م²)، وذوبان معتدل (63.22%)، ونفاذية منخفضة لبخار الماء (3.55×10⁻¹¹ جم·Pa⁻¹·s⁻¹·m⁻¹)، وتشكيل طبقة حافظة صالحة للأكل على سطح الفاكهة.

بيريتو وآخرون. [3] تم تحضير طبقة صالحة للأكل باستخدام ألجينات الصوديوم/بقدونس فينول/سينامات الميثيل، والتي يمكن تطبيقها على الفراولة الطازجة باستخدام طرق الرش الكهروستاتيكي أو تنظيف الأسنان بالفرشاة. بالمقارنة مع طرق الرش التقليدية غير الكهروستاتية-، يعمل هذا الأسلوب على تحسين صلابة الفاكهة وغيرها من الخواص الميكانيكية، مع توفير نشاط طبيعي أعلى مضاد للميكروبات، والحفاظ بشكل أفضل على نضارة الفراولة.

02

التغليف النشط

لا يوفر التغليف النشط حاجزًا خاملًا ضد الظروف الخارجية فحسب، بل يلعب أيضًا دورًا مهمًا في حفظ الأغذية ومراقبة الجودة. يمكن للمركبات النشطة الموجودة في العبوات النشطة أن تزيل الرطوبة أو ثاني أكسيد الكربون أو الأكسجين أو الإيثيلين من الطعام أو البيئة، أو توفر تأثيرات مضادة للبكتيريا ومضادات الأكسدة ومعززة للنكهة-.

الشكل 1: الأغشية والطلاءات الصالحة للأكل للتغليف النشط المعتمد على السكريات الطحلبية [1]


تتمتع الأغشية الصالحة للأكل المحضرة من κ- و ι-مستخلص الكاراجينان والجلسرين واللاباتشو بنشاط جيد مضاد للأكسدة، مما يساعد على إطالة العمر الافتراضي للفواكه والخضروات [4]. يمكن للأفلام المضادة للميكروبات المصنوعة من الأجار والنيسين من العصيات اللبنية في الساكي أن تحل محل رقائق الألومنيوم التقليدية المستخدمة في تغليف الجبن [5]. يمكن أن تؤدي إضافة الجسيمات النانوية المعدنية المضادة للبكتيريا إلى الأفلام المركبة من السكاريد إلى تعزيز التأثيرات المضادة للميكروبات بشكل كبير. تُظهِر أفلام تغليف المواد الغذائية النشطة التي تم تطويرها من جزيئات Pululan/carrageenan CuS النانوية/D- الليمونين نشاطًا جيدًا مضادًا للبكتيريا ضد مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء [6]. يعد الضوء فوق البنفسجي عاملاً رئيسياً في تعزيز شيخوخة الطعام وتلفه. يانغ وآخرون. [7] طورت أفلامًا نشطة ذات خصائص حجب الأشعة فوق البنفسجية- والعزل الحراري من خلال دمج -الدوبامين الحيوي-جسيمات الميلانين الصلبة النانوية في أفلام ألجينات الصوديوم/كحول البولي فينيل.

03

التغليف الذكي

يمكن للتغليف الذكي أن يزود المستهلكين بمعلومات سريعة وغير مدمرة وفي الوقت الفعلي-عن جودة الأطعمة المعبأة وسلامتها.

ومن بين هذه الأفلام، توفر أفلام استشعار درجة الحموضة اللونية طريقة آمنة وغير مدمرة- لتقييم مدى نضارة الطعام بصريًا أثناء التخزين. تُظهر أفلام مستشعر الأس الهيدروجيني اللونية التي تم تطويرها من ι- الكاراجينان والأصباغ المختلطة الطبيعية تغيرات واضحة في اللون (أحمر-أرجواني-أزرق-أخضر-أصفر) عبر نطاق الأس الهيدروجيني 1.0-12.0، ويمكن استخدامه للكشف عن تلف الطعام [8]. تُظهر الأفلام اللونية المحضرة عن طريق دمج مستخلص ثفل التوت في الأفلام المركبة من البكتين/ألجينات الصوديوم/صمغ الزانثان تغيرات ملحوظة في اللون من اللون الوردي-الأحمر-البني-الأزرق-الأخضر الداكن في نطاق الرقم الهيدروجيني من 5-10، مما يجعلها مفيدة للكشف عن نضارة الأطعمة الغنية بالبروتين [9].

الشكل 2: رسم تخطيطي للتغليف الذكي ومؤشرات النضارة