Съедобная пленка на биологической основе: от еды к пище 

Под влиянием глобальной экологической волны в пищевой промышленности незаметно начинается тихая революция в области упаковки. Недавно команда профессора Хуан Сяньцина из Хэньнаньского сельскохозяйственного университета разработала технологию производства съедобной упаковочной пленки на основе модифицированного картофельного крахмала с добавлением фруктового и овощного сока, которая предлагает инновационное решение проблемы загрязнения окружающей среды традиционными пластиковыми отходами. Это не только знаменует собой важный прогресс в области пищевой биотехнологии в Китае, но и открывает новые перспективы для устойчивого развития пищевой упаковки в будущем. Результаты соответствующих исследований были недавно опубликованы в международном журнале «Лунцзюнь Экологическая Защита» (Упа

Зеленый ключ к решению проблемы белого загрязнения

В отрасли упаковки пищевых продуктов ряд шокирующих данных свидетельствует о проблемах традиционных пластиков: в 2023 году объем мирового рынка упаковки достигнет 1,17 трлн долларов США, из которых более 50 % придется на долю пластика; объем упаковочной отрасли Китая составляет около 167 млрд долларов США, а рынок гибкой упаковки для пищевых продуктов и напитков достиг 17,26 млрд долларов США. За этими, казалось бы, обнадеживающими цифрами скрывается кризис, вызванный неразлагаемым пластиком.

«Не только это, пластиковая упаковка, особенно материалы, непосредственно контактирующие с пищевыми продуктами, если содержат потенциально опасные вещества, могут мигрировать в пищевую матрицу, что в свою очередь влияет на качество и безопасность пищевых продуктов и угрожает здоровью человека», — говорит Хуан Сяньцин.

Существует ли новый вид упаковочного материала, который позволил бы избежать этих недостатков пластиковой упаковки?

Член основного состава команды, доктор наук Хэнаньского сельскохозяйственного университета Сунь Синюй сказал: «Как новый вид упаковочного материала, безвредный для человека и пригодный для непосредственного употребления в пищу, съедобная упаковочная пленка (EPF) в основном состоит из пищевых природных полисахаридов, белков, липидов и других биологических полимеров. По сравнению с традиционными пластиками, преимущества EPF проявляются в трех аспектах: с точки зрения экологичности, EPF обладают полной биоразлагаемостью, после использования быстро разлагаются в естественной среде, что позволяет избавиться от пластикового загрязнения у его источника; с точки зрения функциональных свойств, такие материалы не только сохраняют влажность продуктов, регулируют процессы хранения и передачи веществ, но и могут служить носителем биологически активных компонентов; и, что еще более важно, упаковочные материалы из пищевых компонентов являются более здоровыми и безопасными.

«Исследования EPF в мировом научном сообществе начались в 90-х годах прошлого века, но настоящий бум EPF пришелся на последние пять лет», — рассказывает Хуан Сяньцин. Данные показывают, что годовой рост доли рынка биоразлагаемых материалов в три раза превышает рост рынка традиционных пластиков, причем более 40 % этого рынка приходится на упаковку для пищевых продуктов. Эта перемена обусловлена как экологической политикой разных стран, так и ростом экологического сознания потребителей.

Если посмотреть на ситуацию в мире, то можно увидеть, что разработка EPF находится на стадии бурного развития. Канадская команда разработала водорастворимую пленку на основе сывороточного белка, которая уже используется в производстве чайных пакетиков, японские предприятия выпустили съедобную пленку для упаковки суши на основе альгината натрия, а европейские научно-исследовательские институты занимаются разработкой липидной пленки для покрытия шоколада... Все эти инновационные продукты имеют три основных направления применения: упаковка для полуфабрикатов, пленка для сохранения свежести продуктов и функциональные носители питательных веществ.

Расширение продуктов питания за счет упаковки

Китайские ученые также ведут исследования в области разработки EPF, и команда Хуан Сяньцин является одной из них.

В поисках экологичного решения проблемы белого загрязнения команда на протяжении длительного времени занимается разработкой EPF на основе пищевых биополимеров, которые могут частично заменить существующие пластиковые пищевые упаковки и смягчить проблему белого загрязнения, вызываемого пластиковыми упаковками.

Хуан Сяньцин сказал, что в продуктах, которые мы ежедневно употребляем в пищу, содержится большое количество биополимеров, обладающих хорошими пленкообразующими и гелеобразующими свойствами, что вдохновило команду на создание нового материала.

В лаборатории Хэнаньского сельскохозяйственного университета журналисты увидели пленку, изготовленную с помощью технологии модификации картофельного крахмала фруктовыми и овощными соками. Сунь Синюй рассказал, что картофельный крахмал был выбран в качестве основы для пленки по трем причинам: годовой объем производства сырья превышает 80 миллионов тонн, крахмал обладает уникальными свойствами желирования и безопасности в качестве основного компонента продуктов питания.

Однако хрупкость чистой крахмальной пленки стала технологическим препятствием. Чтобы преодолеть эту проблему, команда творчески внедрила двойную модификацию: с одной стороны, в качестве натурального наполнителя использовали соки фруктов и овощей, которые не только повышают антиоксидантные свойства благодаря содержанию фенольных веществ, но и улучшают визуальные характеристики благодаря пигментным компонентам; с другой стороны, добавили натрий альгинат для образования сшивающей сети, что позволило повысить прочность пленки на растяжение на 45% и водонепроницаемость до 85% от традиционных пластиковых пленок.

По словам Хуан Сяньцин, основной прорыв в этой технологии заключается в инновационном процессе «литья с образованием пленки». Научные сотрудники путем точного контроля температуры пастеризации и условий сушки успешно изготовили однородную пленку толщиной от 0,05 до 0,10 мм, причем толщина может регулироваться. По сравнению с традиционным методом литья, этот процесс позволяет снизить энергопотребление на 30 % и не требует сложного оборудования, что особенно подходит для технической модернизации существующих пищевых предприятий.

Сунь Синьюй сказал, что по сравнению с аналогичными продуктами, данная разработка демонстрирует уникальные преимущества: антиоксидантные свойства превосходят 90% синтетических плёнок для сохранения свежести, доступно 12 натуральных цветов, а стоимость составляет всего 1/3 от стоимости плёнки на белковой основе. Ещё более важно, что все сырьевые материалы являются пищевыми ингредиентами, что позволяет использовать плёнку в качестве внутренней упаковки для готовых продуктов, таких как приправы для лапши быстрого приготовления, что является революционным инновационным решением «упаковка как ингредиент».

Промышленное производство требует междисциплинарных инноваций

Рынок EPF в Китае имеет огромный потенциал. Только в сфере удобных приправ для готовых блюд годовой спрос превышает 20 миллиардов штук. Если заменить 30% из них на EPF, то ежегодно можно будет сократить использование пластика на 15 тысяч тонн. В сфере свежих продуктов EPF могут продлить срок хранения клубники на 3–5 дней и сократить потери на 20%. В более долгосрочной перспективе EPF могут стать «активной упаковкой», содержащей пробиотики, витамины и другие питательные компоненты.

Однако на пути к промышленному производству EPF все еще существуют технологические барьеры. «На примере промышленного производства пищевой упаковочной пленки на основе модифицированного картофельного крахмала с добавлением фруктового и овощного сока можно выделить три основных проблемы. Во-первых, это проблема адаптации технологического процесса к непрерывному производству: в лабораторных условиях для получения одной пленки требуется 24 часа, а производственная линия должна выпускать 20 метров в минуту, поэтому необходимо срочно повысить производительность. во-вторых, механические свойства должны соответствовать промышленным стандартам, в настоящее время прочность пленки на разрыв достигает только 60% от прочности полиэтиленовой пленки, что не соответствует требованиям промышленного применения; в-третьих, сложность контроля затрат, в настоящее время стоимость пленки составляет 0,8 юаня за квадратный метр, а для конкурентоспособности на рынке она должна быть снижена до 0,3 юаня за квадратный метр». Хуан Сяньцин отметил, что для решения этих проблем необходимы совместные инновации в таких областях, как материаловедение, пищевая промышленность и машиностроение.

Для устранения этих препятствий команда Хэньнаньского сельскохозяйственного университета начала тесное сотрудничество между производством, наукой и образованием. Вместе с производителями оборудования они разрабатывают устройство для непрерывного формирования пленки методом прокатки, пытаются сократить время сушки до 30 минут с помощью технологии предварительной обработки микроволнами и исследуют технологию укрепления нанокристаллического крахмала для улучшения механических свойств. «Члены команды посетили предприятия по производству продуктов питания и ознакомились с технологическим процессом упаковки, чтобы применить нашу технологию производства пищевой упаковочной пленки в производственной практике. Наша цель — в течение трех лет построить демонстрационную производственную линию, чтобы стоимость продукции приблизилась к стоимости традиционного пластика», — сказал Хуан Сяньцин.

На весах экологии и развития команда Хуан Сяньцин представила «китайское решение» в виде технологии производства съедобной упаковочной пленки. Эта инновация, рожденная в сфере пищевой промышленности и возвращающаяся в нее, не только воплощает в себе мудрость ученых, но и олицетворяет надежды человечества на экологически чистое будущее. Когда упаковка перестанет быть мусором, который выбрасывают, а станет органичной частью продукта, эта тихая «зеленая революция» переопределит отношения между человеком и природой.