新鮮なキュウリの保存期間を延長し、細菌の増殖を抑制するキチンナノファイバーコーティングの開発

Aug 08, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13195 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

石油ベースのポリマーが使い捨て包装として広く使用されているため、環境に悪影響を及ぼしています。 今回、我々は、新鮮なキュウリの保存期間を延長し、キュウリの表面での病原性細菌の増殖を遅らせる、持続可能なキチンナノファイバー（ChNF）コーティングを開発した。 さまざまな程度のアセチル化を持つ ChNF は、NaOH を使用した 0 ～ 480 分の処理時間での脱アセチル化によって首尾よく調製され、機械的ブレンディングを使用して除細動されました。 脱アセチル化反応時間が長くなると、キチン分子内のより多くのアセトアミド基 (-NHCOCH3) がアミノ基 (-NH2) に変換され、ChNF に抗菌特性が付与されました。 ChNF の形態は、脱アセチル化反応時間の影響を受けました。 240 分間脱アセチル化された ChNF は平均幅 9.0 nm、長さが数μm でしたが、反応時間 480 分では平均幅 7.3 nm、平均長さ 222.3 nm の棒状構造の ChNF が得られました。 さらに、キュウリの保存期間を延長するためのスタンドアロンの ChNF コーティングを実証しました。 棒状構造の ChNF と比較して、120 分および 240 分の脱アセチル化 ChNF はフィブリル状の構造を示し、保存中のキュウリの水分損失と外表面の細菌の増殖速度を大幅に遅らせました。 これらの 120 分および 240 分の脱アセチル化 ChNF でコーティングされたキュウリは、1 日あたり 4.6% の体重減少率を示したコーティングされていないキュウリと比較して、1 日あたり 3.9% の低い体重減少率を示しました。 これらの再生可能な ChNF によってもたらされるこの保護効果は、食品廃棄物と石油ベースの包装材料の使用を削減する有望な可能性を秘めています。

食品包装は通常、ポリエチレン (PE)、ポリプロピレン (PP)、ポリエチレンテレフタレート (PET) などの石油ベースのポリマーで作られており、食品を外部の物理的、微生物学的、化学的物質から保護する上で重要な役割を果たしています。ダメージ1、2、3。 その結果、食品の品質と鮮度が保たれ、食品廃棄物が削減されます4,5。 新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックを考慮して、これらの利点がより重要になったため、世界の食品包装産業は 2027 年までに 4,640 億ドルの価値があると推定されています6,7。 化石ベースの包装材の大量消費とその時間のかかる分解速度は、埋め立て廃棄物、温室効果ガスの排出、マイクロプラスチックの形で環境や野生生物に悪影響を及ぼしています4、8、9、10。 したがって、環境に優しく生分解性の包装材料の開発は、実用的な代替品として大きな注目を集めています6、9、11、12、13。 多糖類、脂質、タンパク質などのバイオポリマーは、生分解性、生体適合性、非毒性により、包装分野で有望な材料です 3,7,9。

キチン (ポリ(β-(1-4)-N-アセチル-d-グルコサミン)) は、地球上でセルロースに次いで 2 番目に豊富に存在する生体高分子であり 14,15,16 、その化学的安定性、生体適合性、生分解性、無毒性、および機械的特性17、18。 キチンは、エビ、カニ、ロブスターなどの節足動物の外骨格に見られるタンパク質マトリックスに埋め込まれた微小繊維構造を有する半結晶性ポリマーです10、14、15、19。 各キチンミクロフィブリルは、幅 2 ～ 5 nm の範囲と長さ最大数 μm のナノファイバーで構成されています20、21、22。 キチンナノファイバー (ChNF) は、ヤング率 ⁓ 40 GPa、強度 1.6 GPa、密度 1 ～ 1.3 kg m-3 という優れた性能を示します。 さらに、ChNF フィルムは、ChNF の高度な結晶構造により、市販の PP、PE、および PET フィルムよりもはるかに優れたバリア特性 (O2 および CO2) を有することが報告されています 23、24、25。 生分解性と持続可能性に関連するこれらの優れた特性により、ChNF はナノ複合材料、膜、医薬品、コーティング、機能性食品などのさまざまな用途に広く使用されています 2,20,22,26。