‘Akıllı’ hidrojel paketleme, yemeğinizin hâlâ taze olup olmadığını size nasıl söyler?

Bir süpermarket kutusundaki kesilmiş etler, bakteriler paketin içinde çoğalmaya başlamış olsa bile mükemmel derecede taze görünebilir. Açmadan önce bilmenin bir yolu var mı?

Kyushu Üniversitesi’ndeki araştırmacılar ambalajın kendisinin bunu anlatması gerektiğini düşünüyor. Yayınlanan bir çalışmada Kimya Mühendisliği Dergisigıda bozuldukça renk değiştiren ve tüketicilere paketi açmadan görünür bir sinyal veren, doğal bitki pigmenti içeren yumuşak, esnek bir film geliştirdiler. Malzeme aynı zamanda kendi kesiklerini de onararak nakliye ve taşıma sırasında bakterileri dışarıda tutabiliyor.

Bozulma sinyali nasıl değiştirir?

Tazeliğin kimyasal bir imzası vardır. Örneğin et hafif asidik olarak başlar. Bakteriler çoğaldıkça proteinleri parçalar ve alkali bileşikleri serbest bırakırlar, böylece etin pH’ı gözle görülür herhangi bir bozulma ortaya çıkmadan önce sürekli olarak yükselir.

Antosiyaninler (mor tatlı patates ve kırmızı lahananın renginin ardındaki pigmentler) bu değişimi doğrudan takip ediyor. PH yükseldikçe mor-kırmızıdan sarı-yeşile dönerler. Bu değişim çıplak gözle görülebilmektedir ve doğal kökenleri onları gıdayla temas açısından da güvenli kılmaktadır. Ancak ışık ve ısı, renk tepkilerini kolayca bozabilir, yanlış okumalara neden olabilir ve bunları uzun vadeli bir gösterge olarak güvenilmez hale getirebilir.

Daha sağlam bir pigment sistemi

Ekip, antosiyaninleri uygun fiyatlı ve yaygın olarak bulunabilen bir ürün olan mor tatlı patatesten elde etti, ardından bunları öğütüp dondurarak toz haline getirdi. Stabilizasyon için termal ve kimyasal stabilitesi ile bilinen bir metal-organik çerçeve (MOF) olan UiO66-NH₂’ye yöneldiler.

Kyushu Üniversitesi Ziraat Fakültesi’nde JSPS araştırmacısı ve çalışmanın ilgili yazarı Xirui Yan, “MOF’lar, benzersiz gözenekli yapıları ve çok yönlü işlevleri nedeniyle büyük ilgi gördü ve gıda muhafazası gibi günlük yaşama daha yakın bir şey için kullanılıp kullanılamayacaklarını merak etmeye başladım” diye anımsıyor. “Nobel Ödülü Sahipleriyle HOPE Toplantılarında, Profesör Susumu Kitagawa’nın fonksiyonel gözenekli malzemelerin sürdürülebilir kullanımına ilişkin dersine katıldım. Onun bakış açısı, MOF’ların gıda sistemlerinde nasıl değer yaratabileceği konusunda daha geniş düşünmem için bana ilham verdi.”

Tasarımlarında antosiyanin molekülleri, çoklu kimyasal etkileşimler yoluyla MOF’un yüzeyine adsorbe edilir ve onları yerlerine sabitler. Sabit ve daha az hareketli olan moleküller, pH’a duyarlı kalarak bozunmayı tetikleyen oksijen, ışık ve ısıdan korunur. Domuz eti kullanılarak yapılan gıda testlerinde, korunan pigmentin sürekli olarak duyarlı olduğu kanıtlandı: Et bozuldukça ve alkalin gazlar biriktikçe, malzeme sürekli olarak mor-kırmızıdan sarı-yeşile kayarak her aşamada okunabilir bir sinyal verdi.

Kendini mühürleyen ambalaj

Ekip daha sonra antosiyanin yüklü MOF’u bir hidrojele dahil ederek büyük ölçüde bitkiden elde edilen ve biyolojik olarak parçalanabilen yumuşak, şekillendirilebilir bir film üretti. Tazelik izlemenin ötesinde malzeme, domuz etinin raf ömrünü işlenmemiş numunelere kıyasla yaklaşık 12 saat kadar uzattı.

Kyushu Üniversitesi Ziraat Fakültesi profesörü Fumihiko Tanaka, “Bu malzemeyle ilgili bir başka ilginç şey de yalnızca gıdayı korumakla kalmayıp aynı zamanda kendi kendini iyileştirmesidir” diyor. Kesilip tekrar birleştirildiğinde hasar dakikalar içinde neredeyse görünmez hale gelir ve çekme mukavemeti iki saat içinde %99’a geri döner. “Geleneksel ambalajlarda herhangi bir çatlak kalıcıdır ve bakteriler için bir giriş noktası haline gelir. Bu malzeme kendi kendine yeniden birleşir. Yara iyileşir ve içindekileri koruma yeteneği de artar, bu da onu pratik kullanımda daha dayanıklı ve güvenilir kılar.”

Tazelik için dijital bir okuma

Ekip şimdi üreticilere, lojistik şirketlerine ve alışveriş yapanlara gıda kalitesini gerçek zamanlı olarak değerlendirmenin güvenilir ve objektif bir yolunu sunan yardımcı bir akıllı telefon uygulamasını araştırıyor.

Aynı fakültede doçent olan Fumina Tanaka, “Bunun gıda ambalajıyla sınırlı olması gerekmiyor” diye ekliyor. “Doğal malzemelerden ve nanoteknolojiden üretilen akıllı malzemelerin henüz hayal etmediğimiz kullanımları olabilir. Bunun işe yarayabileceği bir yer gören varsa, bunu duymak isteriz.”