Ένα κοινό ορυκτό, ο άργιλος, θα μπορούσε στο μέλλον να αποτελέσει ένα σημαντικό εργαλείο για τη διατήρηση φρούτων και λαχανικών και τη μείωση της τεράστιας σπατάλης τροφίμων. Ερευνητές διαπίστωσαν ότι μια ειδικά τροποποιημένη μορφή αργίλου μπορεί να παγιδεύει το αιθυλένιο, το φυσικό αέριο που παράγουν τα φυτικά προϊόντα κατά την ωρίμανσή τους και το οποίο επιταχύνει την αλλοίωσή τους.
Το πλαίσιο
Υπολογίζεται ότι περίπου το ένα τρίτο των τροφίμων που παράγονται παγκοσμίως για ανθρώπινη κατανάλωση χάνεται πριν φτάσει στον καταναλωτή. Σημαντικό μέρος αυτών των απωλειών συνδέεται με τη μεταφορά και την αποθήκευση φρούτων και λαχανικών, καθώς η συσσώρευση αιθυλενίου σε κλειστούς χώρους, όπως ψυκτικοί θάλαμοι και εμπορευματοκιβώτια, επιταχύνει τη διαδικασία ωρίμανσης και τελικά την υποβάθμιση της ποιότητας των προϊόντων. Η νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση «Applied Surface Science Advances», εξετάζει τον μοντμοριλλονίτη, έναν φυσικά άφθονο και χαμηλού κόστους άργιλο που χρησιμοποιείται ήδη σε διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές. Οι ερευνητές διερεύνησαν τρεις διαφορετικές μορφές του υλικού: τον φυσικό, μη επεξεργασμένο άργιλο, έναν άργιλο που είχε υποστεί χημική κατεργασία με οξύ και έναν τρίτο τύπο που, εκτός από την όξινη επεξεργασία, είχε τροποποιηθεί επιπλέον με χολίνη, ένα μόριο που σχετίζεται με θρεπτικά συστατικά και απαντάται και σε τρόφιμα.
Η έρευνα
Ο μοντμοριλλονίτης διαθέτει μια χαρακτηριστική στρωματώδη δομή, αποτελούμενη από λεπτά φύλλα με μικροσκοπικά κενά ανάμεσά τους. Η επεξεργασία με οξύ δημιουργεί περισσότερες ατέλειες και αυξάνει τη διαθέσιμη επιφάνεια του υλικού, δημιουργώντας περισσότερες θέσεις στις οποίες μπορούν να προσκολληθούν μόρια αιθυλενίου. Η προσθήκη χολίνης μεταβάλλει περαιτέρω τη χημική συμπεριφορά του αργίλου, επηρεάζοντας τον τρόπο με τον οποίο συγκρατούνται τα μόρια του αερίου. Για να κατανοήσουν με ακρίβεια τον μηχανισμό παγίδευσης του αιθυλενίου, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια σειρά προηγμένων τεχνικών ανάλυσης. Μεταξύ αυτών περιλαμβανόταν και μια μέθοδος βασισμένη σε δέσμες νετρονίων, η οποία επέτρεψε την παρακολούθηση της κίνησης των μορίων στο εσωτερικό του υλικού, στους πόρους και στην επιφάνειά του. Τα δεδομένα συνδυάστηκαν με αναλύσεις ακτίνων Χ, μετρήσεις μεταβολής μάζας, θερμικές δοκιμές και φασματοσκοπικές τεχνικές.
Τα αποτελέσματα έδειξαν σημαντικές διαφορές ανάμεσα στις τρεις μορφές αργίλου. Ο φυσικός, μη επεξεργασμένος μοντμοριλλονίτης παρουσίασε περιορισμένη ικανότητα απορρόφησης αιθυλενίου. Ο άργιλος που είχε υποστεί επεξεργασία με οξύ ήταν ο πιο αποτελεσματικός όσον αφορά τη συνολική ποσότητα αιθυλενίου που μπορούσε να απορροφήσει. Αντίθετα, ο άργιλος με τροποποίηση χολίνης συγκράτησε μικρότερη συνολική ποσότητα, αλλά τα μόρια που παγιδεύτηκαν παρέμειναν πολύ πιο σταθερά δεσμευμένα.
Πιθανές εφαρμογές και αντίκτυπος
Το πλαίσιο
Υπολογίζεται ότι περίπου το ένα τρίτο των τροφίμων που παράγονται παγκοσμίως για ανθρώπινη κατανάλωση χάνεται πριν φτάσει στον καταναλωτή. Σημαντικό μέρος αυτών των απωλειών συνδέεται με τη μεταφορά και την αποθήκευση φρούτων και λαχανικών, καθώς η συσσώρευση αιθυλενίου σε κλειστούς χώρους, όπως ψυκτικοί θάλαμοι και εμπορευματοκιβώτια, επιταχύνει τη διαδικασία ωρίμανσης και τελικά την υποβάθμιση της ποιότητας των προϊόντων. Η νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση «Applied Surface Science Advances», εξετάζει τον μοντμοριλλονίτη, έναν φυσικά άφθονο και χαμηλού κόστους άργιλο που χρησιμοποιείται ήδη σε διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές. Οι ερευνητές διερεύνησαν τρεις διαφορετικές μορφές του υλικού: τον φυσικό, μη επεξεργασμένο άργιλο, έναν άργιλο που είχε υποστεί χημική κατεργασία με οξύ και έναν τρίτο τύπο που, εκτός από την όξινη επεξεργασία, είχε τροποποιηθεί επιπλέον με χολίνη, ένα μόριο που σχετίζεται με θρεπτικά συστατικά και απαντάται και σε τρόφιμα.
Η έρευνα
Ο μοντμοριλλονίτης διαθέτει μια χαρακτηριστική στρωματώδη δομή, αποτελούμενη από λεπτά φύλλα με μικροσκοπικά κενά ανάμεσά τους. Η επεξεργασία με οξύ δημιουργεί περισσότερες ατέλειες και αυξάνει τη διαθέσιμη επιφάνεια του υλικού, δημιουργώντας περισσότερες θέσεις στις οποίες μπορούν να προσκολληθούν μόρια αιθυλενίου. Η προσθήκη χολίνης μεταβάλλει περαιτέρω τη χημική συμπεριφορά του αργίλου, επηρεάζοντας τον τρόπο με τον οποίο συγκρατούνται τα μόρια του αερίου. Για να κατανοήσουν με ακρίβεια τον μηχανισμό παγίδευσης του αιθυλενίου, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια σειρά προηγμένων τεχνικών ανάλυσης. Μεταξύ αυτών περιλαμβανόταν και μια μέθοδος βασισμένη σε δέσμες νετρονίων, η οποία επέτρεψε την παρακολούθηση της κίνησης των μορίων στο εσωτερικό του υλικού, στους πόρους και στην επιφάνειά του. Τα δεδομένα συνδυάστηκαν με αναλύσεις ακτίνων Χ, μετρήσεις μεταβολής μάζας, θερμικές δοκιμές και φασματοσκοπικές τεχνικές.
Τα αποτελέσματα έδειξαν σημαντικές διαφορές ανάμεσα στις τρεις μορφές αργίλου. Ο φυσικός, μη επεξεργασμένος μοντμοριλλονίτης παρουσίασε περιορισμένη ικανότητα απορρόφησης αιθυλενίου. Ο άργιλος που είχε υποστεί επεξεργασία με οξύ ήταν ο πιο αποτελεσματικός όσον αφορά τη συνολική ποσότητα αιθυλενίου που μπορούσε να απορροφήσει. Αντίθετα, ο άργιλος με τροποποίηση χολίνης συγκράτησε μικρότερη συνολική ποσότητα, αλλά τα μόρια που παγιδεύτηκαν παρέμειναν πολύ πιο σταθερά δεσμευμένα.
Πιθανές εφαρμογές και αντίκτυπος
Η διαφορά αυτή θεωρείται ιδιαίτερα σημαντική για τον σχεδιασμό νέων υλικών συσκευασίας. Στον άργιλο που είχε υποστεί μόνο όξινη επεξεργασία, μεγάλο μέρος του αιθυλενίου παρέμενε στους μεγαλύτερους πόρους της επιφάνειας, όπου συγκρατούνταν μέσω σχετικά ασθενών φυσικών αλληλεπιδράσεων. Στον τροποποιημένο με χολίνη άργιλο, περίπου το 76% του αιθυλενίου βρέθηκε εγκλωβισμένο στο εσωτερικό του υλικού, έναντι περίπου 37% στον άργιλο που είχε υποστεί μόνο επεξεργασία με οξύ. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η χολίνη καταλαμβάνει μέρος του διαθέσιμου χώρου στο εσωτερικό του αργίλου, μειώνοντας τη συνολική ικανότητα απορρόφησης, αλλά παράλληλα δημιουργεί ένα περιβάλλον που σταθεροποιεί περισσότερο τα μόρια αιθυλενίου. Αυτό σημαίνει ότι το αέριο είναι δυσκολότερο να απελευθερωθεί ξανά στη συσκευασία, γεγονός που θα μπορούσε να περιορίσει την επανασυσσώρευσή του γύρω από τα τρόφιμα.
Η συγκεκριμένη ανακάλυψη ανοίγει τον δρόμο για την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών συσκευασιών τροφίμων. Η όξινη επεξεργασία του αργίλου φαίνεται να είναι κατάλληλη για περιπτώσεις όπου απαιτείται μεγάλη απορρόφηση αιθυλενίου, όπως στη μεταφορά προϊόντων που ωριμάζουν γρήγορα ή σε μεγάλες αποστάσεις. Η τροποποίηση με χολίνη θα μπορούσε να είναι χρήσιμη σε εφαρμογές όπου προτεραιότητα είναι η σταθερή δέσμευση του αερίου και η αποτροπή της επανεκπομπής του. Ωστόσο, οι επιστήμονες επισημαίνουν ότι χρειάζεται ακόμη αρκετή έρευνα πριν το υλικό περάσει από το εργαστήριο σε πραγματικές εμπορικές συσκευασίες. Θα πρέπει να αξιολογηθούν παράγοντες όπως η ασφάλεια επαφής με τρόφιμα, η αντοχή των υλικών και η αποτελεσματικότητά τους σε πραγματικές συνθήκες αποθήκευσης. Το γεγονός, πάντως, ότι ο μοντμοριλλονίτης είναι ένα φθηνό και ευρέως διαθέσιμο φυσικό υλικό τον καθιστά μια πολλά υποσχόμενη επιλογή στην προσπάθεια για πιο βιώσιμη παραγωγή και διαχείριση τροφίμων.
Πηγή: https://cibum.gr/epistimi/o-argilos-mporei-na-frenarei-tin-alloiosi-ton-trofimon-epistimoniki-anakalypsi/
εικόνα από: https://www.pexels.com/el-gr/photo/7338898/
Πηγή: https://cibum.gr/epistimi/o-argilos-mporei-na-frenarei-tin-alloiosi-ton-trofimon-epistimoniki-anakalypsi/
εικόνα από: https://www.pexels.com/el-gr/photo/7338898/
