Разработка плёночных съедобных биоразлагаемых покрытий на основе хитозана

Актуальность

Ежегодно в мире производится 350 миллионов тонн пластмасс, время полного распада которых составляет минимум 450 лет. Большинство изделий из них используются однократно. Около 79% оказываются на мусорных свалках или в окружающей среде. Загрязнение планеты пластиковыми отходами приобретает катастрофические масштабы. В настоящий момент учёные всего мира пытаются создать альтернативу, материал, который будет либо разлагаться быстрее, либо появится возможность полностью его переработать.

В сфере пищевой промышленности применение съедобных защитных плёнок и покрытий на основе природных полимеров с каждым годом привлекает всё большее внимание учёных и производителей. Использование съедобных и биоразлагаемых плёнок и покрытий на основе природных полимеров позволяет полностью исключить утилизацию упаковочных материалов. Использование подобных покрытий не является современным открытием, ещё в XVIII веке в Японии была запатентована одноразовая посуда, изготовленная из прессованной рисовой муки, после использования которой по назначению её можно было съесть. В течение длительного времени широко используется съедобная упаковка, выпекаемая из вафельного теста в форме стаканчиков, тарелочек, чашек, коробочек и др. Сейчас учёные стоят на пороге открытия нового съедобного покрытия на основе хитозана.

Сейчас в пищевой промышленности представляют большой интерес смеси на основе природных полисахаридов (хитозана, целлюлозы), поскольку сочетают в себе доступность целлюлозы с уникальными свойствами азотсодержащих полисахаридов. Обнаруженная термодинамическая совместимость хитозана и целлюлозы в некотором интервале их соотношений является основой для формования плёнок из этих полисахаридов.

Цель

Выявить возможности использования хитозана в изготовлении пищевой биоразлагаемой плёнки.

Задачи

1. Изучить научную литературу по теме изготовления съедобных биоразлагаемых плёнок на основе хитозана.

2. Изучить возможность получения плёночного материала из отдельных компонентов хитозана или метилцеллюлозы.

3. Изучить возможные смесевые соединения хитозана с другими высокомолекулярными соединениями для получения плёночных материалов.

4. Изучить возможность использования плёнки на основе хитозана и метилцеллюлозы в качестве съедобных биоразлагаемых покрытий.

Описание

При исследовании основных показателей разработанного состава были проведены следующие испытания:

• определение возможности формирования плёнок на инертной подложке отдельных компонентов метилцеллюлозы и хитозана;
• определение возможности формирования плёнок на инертной подложке смесевых композиций из метилцеллюлозы и хитозана разных концентраций;
• определение изменения массы образцов плёнок при контакте с водой.

На первом этапе работы были приготовлены растворы отдельных компонентов – метилцеллюлозы, хитозана в дистиллированной воде.
Исходные концентрации растворов были выбраны на основе результатов проведённых ранее исследований. Из приготовленных растворов получали плёнки поливом из раствора на стеклянную подложку. Сушку плёнок проводили в течение трёх дней. Затем изучали характеристики плёнок при контакте с водой – наблюдали изменение массы образца в течение 30 секунд. По истечении времени проводили взвешивание плёнки и высчитывали процент набухания.

На втором этапе работы были приготовлены смесевые композиции на основе метилцеллюлозы и хитозана.
Были получены три смесевые композиции с разным процентным содержанием составляющих метилцеллюлозы и хитозана. Композиции № 1 и 2 образуют тонкие и прочные плёнки, но имеют существенный минус для пищевой промышленности – горький привкус. Композиция № 3 горького привкуса практически не имеет, но плёнка из неё является непрочной. Необходима дальнейшая работа по поиску оптимальных концентраций метилцеллюлозы и хитозана в составе композиции плёночных съедобных покрытий.

По результатам проведённой работы были сделаны следующие выводы.

1. Изучив литературные источники, мы пришли к выводу, что съедобные биоразлагаемые плёночные покрытия на основе хитозана и метилцеллюлозы ещё не изготавливались.
2. Плёнка из хитозана не формируется, а из метилцеллюлозы плёнка образуется прочная, но после контакта с водой разваливается и теряет форму.
3. Смесевая композиция из соединений метилцеллюлозы и хитозана образует тонкую, прочную плёнку, но имеет горький привкус.
4. Плёнки на основе хитозана и метилцеллюлозы пригодны для нанесения на пищевые продукты в качестве съедобных покрытий.

В ходе выполнения работы было установлено, что растворы на основе метилцеллюлозы и хитозана образуют тонкие прочные плёнки. Однако полученные плёнки обладают заметным вяжуще-горьким привкусом, что является значительным отрицательным фактором при разработке съедобного покрытия для пищевых продуктов. Поэтому перспективно продолжить деятельность по разработке состава композиции покрытия.

Результаты работы/выводы

1. Изучив литературные источники, мы пришли к выводу, что съедобные биоразлагаемые плёночные покрытия на основе хитозана и метилцеллюлозы ещё не изготавливались.

2. Плёнка из хитозана не формируется, а из  метилцеллюлозы плёнка образуется прочная, но после контакта с водой разваливается и теряет форму.

3. Смесевая композиция из соединений метилцеллюлозы и хитозана образует тонкую, прочную плёнку, но имеет горький привкус.

4.  Плёнки на основе хитозана и метилцеллюлозы пригодны для нанесения на пищевые продукты в качестве съедобных покрытий.

Перспективы использования результатов работы

Исследования проекта нацелены на потребителей и производителей пищевых продуктов. Съедобные покрытия на основе хитозана помогут продуктам храниться дольше, а также уменьшить использование упаковок из пластика, которые загрязняют нашу планету.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Московский государственный университет пищевых производств

Награды/достижения

Конференция «Наука для жизни» 2021/2022 – призёр

Мнение автора

«Реализация данного проекта была возможна благодаря поддержке и информационной базе городских образовательных проектов «Медицинский класс в московской школе» и «Инженерный класс в московской школе». Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» позволила наметить перспективы, найти единомышленников и оценить способы воплощения и представления новых идей»