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新颖的食品包装提供了货架保存

随着食品价格的持续上涨和全球食品危机的迫近,令人震惊的是,大约30% – 40%的美国食品供应最终被填埋,主要是由于变质。与此同时,世界卫生组织估计,由微生物污染引起的食源性疾病每年在全世界造成约42万人死亡。

如果有一种方法可以延长新鲜食品的保质期并消除微生物污染呢?

现在,来自哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院和哈佛大学陈曾浩公共卫生学院的研究人员开发了一种生物可降解的抗菌食品包装系统。

“食品供应中最大的挑战之一是食品本身的分配和生存能力,”海洋与环境科学学院塔尔家族生物工程和应用物理学教授、该论文的资深作者Kit Parker说。“我们正在利用材料科学和材料加工方面的进步,以可持续的模式提高食品的寿命和新鲜度。”

这项研究发表在《自然食品》杂志上。

从战场到农场

令人惊讶的是,新的食品包装系统根源于战场医学。十多年来,Parker和他的疾病生物物理小组一直在开发用于伤口敷料的抗菌纤维。他们的纤维制造平台,被称为旋转喷射纺纱(RJS),是专门为此而设计的。

RJS的工作原理就像棉花糖机一样——当设备旋转时,将液体聚合物溶液装入储层,并通过一个微小的开口被离心力推出。当溶液离开储层时,溶剂蒸发,聚合物凝固形成纤维,纤维的直径可控制在微尺度到纳米尺度。

将这项研究从伤口敷料转化为食品包装的想法是与哈佛大学陈学院纳米技术和纳米毒理学中心(纳米中心)的前联合主任Philip Demokritou的合作产生的。纳米中心是哈佛大学和新加坡南洋理工大学的联合项目。

“事实证明,伤口敷料在某些方面与食品包装具有相同的目的——维持组织,保护它们免受细菌和真菌的侵袭,并控制水分,”SEAS博士后研究员、该论文的第一作者张慧斌(音译)说。

为了使这种纤维对食品安全无害,研究小组转向了一种名为普鲁兰的聚合物。普鲁兰是一种可食用的,无味的天然多糖,常用于口气清新剂和薄荷糖。

研究人员将普鲁兰聚合物溶于水中,并将其与各种天然来源的抗菌剂混合,包括百里香油、nisin和柠檬酸。然后,溶液在RJS系统中旋转,纤维直接沉积在食物上。研究人员通过用普鲁兰纤维包裹牛油果来演示这项技术。结果就像一个包裹在蜘蛛网里的水果。

研究团队将他们的RJS包装与标准铝箔进行了比较,发现微生物污染大幅减少,包括大肠杆菌、innocua(导致李斯特菌)和a . fumigatus(可导致免疫功能低下的人患病)。

“涂层的高表面体积比使它更容易杀死危险的细菌,因为与传统包装相比,更多的细菌会接触到抗菌剂,”SEAS博士后研究员、该论文的合著者约翰·齐默尔曼(John Zimmerman)说。

该团队还证明,他们的纤维包装可以延长牛油果的保质期,牛油果是一种出了名的挑剔的水果,可以在几个小时内从成熟到腐烂。在实验室工作7天后,90%未包装的牛油果腐烂,而只有50%的牛油果用抗菌普鲁兰纤维包裹腐烂。

包装也是水溶性和可生物降解的,冲洗掉不会在鳄梨表面留下任何残留物。

让食物更可持续

这种抗菌的,生物可降解的食品包装系统并不是疾病生物物理学小组的第一次尝试,使我们的食品供应系统更可持续。

帕克的团队使用他们的RJS系统在可食用的明胶支架上培养动物细胞,这种支架模仿了肉类的质地和稠度。这项技术得到了波士顿初创公司Tender Food的授权,该公司旨在通过开发新一代植物性替代肉类产品,以应对肉类行业对环境的巨大影响,这些产品具有与真正肉类相同的质地、味道和稠度。

该实验室在食品包装方面的最新创新也可能很快进入商业开发。哈佛大学技术发展办公室已经保护了与该项目相关的知识产权,现在正在与帕克的实验室探索商业化机会。

“我的研究小组的一个长期目标是减少食物的环境足迹,””说。“我们通过生产更可持续的食物来做到这一点,现在以可持续的方式包装食物,可以减少食物浪费。”

这项研究由Jie Xu、Luke A. Macqueen、Zeynep Aytac、Michael M. Peters、Tao Xu和Philip Demokritou共同撰写。

由南洋理工大学-哈佛大学公共卫生学院可持续纳米科技计划资助,项目编号NTUHSPH 18003;哈佛大学纳米尺度系统中心(CNS)是国家纳米技术协调基础设施网络(NNCI)的成员,该网络由国家科学基金会(NSF)资助,编号1541959;哈佛材料研究科学与工程中心,授权编号DMR-1420570和DMR-2011754。

文章旨在传播新闻信息,原文请查看https://news.harvard.edu/gazette/story/2022/06/new-food-packaging-system-reduces-spoilage-and-contamination/