Potencjał na nowe życie łuski kawowej w opakowaniach - ekologiczna ochrona przed psuciem się owoców

Sektor kawowy wytwarza rocznie około 18 milionów ton łuski kawowej, która najczęściej jest spalana lub traktowana jako odpad o niskiej wartości. Zespół naukowców wykorzystał ten surowiec bogaty w celulozę i ligninę do syntezy kropek węglowych metodą hydrotermalną w temperaturze 200 stopni Celsjusza. Uzyskane nanocząstki miały średnią wielkość zaledwie 2 nm i regularny, kulisty kształt. Badania porównawcze z kropkami węglowymi z łupin słonecznika, orzeszków ziemnych i migdałów wykazały, że materiał z łuski kawowej cechuje się najwyższą skutecznością przeciwbakteryjną. Surowy pył z łuski przed obróbką termiczną nie wykazywał takiego działania, co dowodzi, że dopiero proces karbonizacji nadaje nanocząstkom aktywne grupy funkcyjne na ich powierzchni.

Mechanizm niszczenia drobnoustrojów i bezpieczeństwo biologiczne

Kropki węglowe z łuski kawowej osiągnęły ponad 95-procentową skuteczność w hamowaniu wzrostu Escherichia coli oraz Staphylococcus aureus. Analizy mikroskopowe i biochemiczne wykazały, że nanodrobiny niszczą ściany i błony komórkowe bakterii. Zjawisku temu towarzyszy wzmożony wyciek białek wewnątrzkomórkowych, wzrost aktywności kluczowych enzymów oraz generowanie rodników ponadtlenkowych pod wpływem światła. Jednocześnie cząstki te okazały się bezpieczne w testach hemolizy na erytrocytach, wskaźnik hemolizy wynosił 0,22 %, czyli poniżej dopuszczalnego progu normy ISO wynoszącego 5 %.

Właściwości kompozytowej folii i przedłużenie świeżości owoców

Wyprodukowane nanocząstki wprowadzono do matrycy z karboksymetylocelulozy, uzyskując gładką, elastyczną folię kompozytową. Dodatek kropek węglowych ponad dwukrotnie zwiększył wytrzymałość mechaniczną na rozciąganie oraz sprężystość w stosunku do czystej folii celulozowej. Materiał wykazał korzystną barierowość tlenową, przepuszczalność pary wodnej oraz pełną biodegradację w glebie w ciągu 18 dni. Testy przechowalnicze na owocach liczi i mango potwierdziły, że opakowanie skutecznie ogranicza utratę masy, spowalnia mięknięcie tkanek, redukuje zużycie kwasów organicznych i cukrów w procesach oddechowych oraz hamuje brunatnienie skórki liczi wywoływane przez oksydazę polifenolową. Migracja globalna składników folii do 10-procentowego roztworu etanolu, stanowiącego model dla owoców, wyniosła około 8 procent i była wyraźnie niższa od dopuszczalnego limitu 10 mg/dm², określonego w chińskiej normie GB 31604.1-2023 dla materiałów przeznaczonych do kontaktu z żywnością.

Podsumowanie

Przedstawione badania udowadniają, że uciążliwy odpad z przetwórstwa kawy może stać się pełnowartościowym surowcem do produkcji aktywnych, biodegradowalnych opakowań do żywności. Jest to obiecująca alternatywa dla syntetycznych środków konserwujących oraz folii z jonami metali, które budzą obawy ze względu na ryzyko migracji do produktu. Zastosowanie takich biokompozytów może pomóc ograniczyć straty po zbiorze podatnych na psucie owoców. W opinii autorów publikacji, technologia ta wpisuje się w gospodarkę o obiegu zamkniętym, jednak jej wdrożenie na skalę przemysłową będzie wymagało dopracowania masowych metod przetwórstwa oraz przeprowadzenia pełnych procedur rejestracyjnych wymaganych dla materiałów do kontaktu z żywnością.

Źródło: https://www.mdpi.com/2227-9717/14/18/2908#