受中式飲食的影響，一直以來(lái)，中國(guó)就是全球水果蔬菜產(chǎn)量和消費(fèi)量最大國(guó)家，人均果蔬消費(fèi)量位居世界第一。例如，早在 2001 年，中國(guó)人均每日果蔬消耗量就高達(dá) 1027 克，占每日總食物消耗比例 55%。
近年來(lái)，我國(guó)整體飲食結(jié)構(gòu)并沒(méi)有太大變化，果蔬依舊是日常食物消耗占比最多的種類(lèi)。然而，隨著這些年社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)水果的新鮮程度要求也越來(lái)越高。 尤其是網(wǎng)購(gòu)和外賣(mài)業(yè)務(wù)的普及，許多水果蔬菜為了保鮮都被包上了一層一層的薄膜，或使用塑料盒封裝。
（來(lái)源：Pixabay）
這些措施雖然保證了水果蔬菜的新鮮，但同時(shí)也產(chǎn)生了大量的塑料垃圾以及微塑料，不僅污染環(huán)境，也不利于我們的身體健康。
近日，為了減少塑料污染，來(lái)自瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的 Gustav Nystr?m 教授與 Tanja Zimmermann 教授合作，帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì) 利用胡蘿卜渣以及蔬菜渣成功生產(chǎn)出了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的原纖化纖維素納米纖維，并將其制備成了一種特殊的噴霧。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員證實(shí)， 這種噴霧可以再果蔬表面形成保護(hù)性纖維涂層，并將香蕉的保質(zhì)期延長(zhǎng)了 7 天。
對(duì)此，Gustav Nystr?m 教授表示，“這種生物保護(hù)涂層是由天然果蔬殘?jiān)械睦w維素轉(zhuǎn)化而來(lái)，對(duì)人體完全無(wú)害，且非常容易清洗。因此，它可以幫助人們延長(zhǎng)水果蔬菜的保質(zhì)期減少食物的浪費(fèi)。不過(guò)我們的最大的目標(biāo)還是希望它能夠取代塑料包裝，減少環(huán)境污染?！?/p>
該研究以“Sustainable Cellulose Nanofiber Films from Carrot Pomace as Sprayable Coatings for Food Packaging Applications”為題，發(fā)表在最新一期的 ACS Sustainable Chemistry & Engineering雜志上。
100 多年前，被尊稱(chēng)為“塑料之父” 的 Leo Baekeland 發(fā)明了塑料。這個(gè)一度被稱(chēng)為 20 世紀(jì)最偉大發(fā)明的材料，曾給人類(lèi)帶來(lái)了極大的便利。
但 100 年后，人們卻驀然發(fā)現(xiàn)，這種堅(jiān)固耐用的材料需要數(shù)百年才能降解，嚴(yán)重污染了地球環(huán)境，但人類(lèi)卻再也離不開(kāi)這種材料了。
早在 2010 年，全球每年生產(chǎn)的塑料就高達(dá) 2.7 億噸。而到了 2019 年， 全球每年生產(chǎn)的塑料已經(jīng)達(dá)到了 4 億噸。預(yù)計(jì)到 2030 年，全球塑料生產(chǎn)量將達(dá) 7 億噸。同時(shí)， 目前全球塑料回收利用率不足 10%，這意味著，超過(guò) 90% 的塑料會(huì)被遺棄。
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近年來(lái)，隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升，人們一直致力于尋找一種高性能的可再生材料來(lái)替 代塑料，以邁向可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)。 作為地球上最豐富的可再生生物聚合物，纖維素是一種很有希望的候選者。
可以說(shuō)，纖維素是地球上最豐富的生物聚合物，廣泛存在于樹(shù)木，農(nóng)作物以及其他生物物質(zhì)中。 作為一中可再生材料，纖維不僅分布廣泛可持續(xù)使用，其獨(dú)特的多維結(jié)構(gòu)以及多種功能十分契合人類(lèi)的生產(chǎn)需求。
尤其是將纖維素進(jìn)行分解后生成的原纖化纖維素，其尺寸可變可控，尤其是延伸至納米級(jí)后，在機(jī)械、光學(xué)、熱和流體學(xué)上都具有非常優(yōu)秀的功能特性。例如，在機(jī)械性能上，纖維素的理論模量約為 100-200 Gpa，拉伸強(qiáng)度約為 4.9-7.5 GPa，比大多數(shù)金屬、合金、聚合物以及陶瓷都要高。
因此，從產(chǎn)品包裝、紡織及可再生消費(fèi)品領(lǐng)域，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始嘗試生物塑料以及可持續(xù)材料。不同于傳統(tǒng)塑料，原纖化纖維素制備而成的生物塑料可以輕松被土壤中的細(xì)菌和真菌降解。而其出色的機(jī)械強(qiáng)度、高耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性也表明其的確具有取代傳統(tǒng)塑料的潛力。
不過(guò)，原纖化纖維素雖然具有良好的功能性，優(yōu)異的生物可降解性，但是其生產(chǎn)成本較高，且可能對(duì)環(huán)境并不友好。這也導(dǎo)致了近來(lái)年雖然人們對(duì)可降解材料的呼聲很高，但是實(shí)際應(yīng)用依舊有限。
目前，全球領(lǐng)先的原纖化纖維素納米纖維生產(chǎn)商普遍采用木漿作為原料，因?yàn)槟绢^廣泛存在，質(zhì)量控制相對(duì)容易。
然而，在 Gustav Nystr?m 教授看來(lái)，用木漿生產(chǎn)原纖化纖維素納米纖維并不明智。首先，木頭在人類(lèi)生活中的用途非常廣泛，重復(fù)制備對(duì)環(huán)境并不友好；其次，木材價(jià)格昂貴，成本較高；最后，木頭中的木質(zhì)素含量較高，木質(zhì)纖維結(jié)合緊密，分離提取困難。
因此，長(zhǎng)期以來(lái)，Gustav Nystr?m 教授一直試圖尋找新的原材料來(lái)生產(chǎn)原纖化纖維素納米纖維。由于農(nóng)業(yè)產(chǎn)物及食品廢棄物中的木質(zhì)纖維素結(jié)合緊密度非常低，木質(zhì)素含量也非常低，用于生產(chǎn)原纖化纖維素納米纖維成本也更低，是一種非常有潛力的原材料。
其中，胡蘿卜更是一種簡(jiǎn)單易得的產(chǎn)物。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示， 2019 年，全球共生產(chǎn)了 4500 萬(wàn)噸胡蘿卜，其中大部分胡蘿卜被用于榨汁，而榨汁剩下的胡蘿卜渣中含有 80% 的纖維素。
（來(lái)源：ACS Sustainable Chemistry & Engineering）
此前，已有初步研究表明，利用胡蘿卜渣制造原纖化纖維素納米纖維是可行的。同時(shí)，胡蘿卜渣來(lái)源的原纖化纖維素納米纖維與木頭來(lái)源的原纖化纖維素納米纖維品質(zhì)沒(méi)有差別。更重要地是，利用胡蘿卜渣制備原纖化纖維素納米纖維所需的能量遠(yuǎn)低于利用木頭制備。
不過(guò)，胡蘿卜渣在存儲(chǔ)過(guò)程中容易變質(zhì)，因此原材料的質(zhì)量控制難以保證。為此，Gustav Nystr?m 教授分別從新鮮的胡蘿卜渣以及放置 3 周的胡蘿卜渣中分離出了原纖化纖維素納米纖維，并將其制備成懸浮液用于食品包裝和保鮮。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 用胡蘿卜渣制備原纖化纖維素納米纖維時(shí)，無(wú)論胡蘿卜渣是否新鮮，均不會(huì)影響原纖化纖維素納米纖維的性能。具體來(lái)說(shuō)，研究人員發(fā)現(xiàn)，這兩種原材料制備的原纖化纖維素納米纖維懸浮液，均具備良好的保鮮能力，可以將香蕉的保質(zhì)期延長(zhǎng) 7 天。
圖| 香蕉的保質(zhì)期對(duì)比（來(lái)源：Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology）
此外，Gustav Nystr?m 教授還發(fā)現(xiàn)，在利用胡蘿卜渣制備原纖化纖維素納米纖維時(shí)，使用漂白預(yù)處理可以成功去除胡蘿卜渣中的額木質(zhì)素和其他殘留物，顯著降低纖維化所需的能量，且不會(huì)影響原纖化纖維素納米纖維的質(zhì)量。
據(jù)悉，目前 Gustav Nystr?m 教授開(kāi)發(fā)的原纖化纖維素納米纖維技術(shù)正在和零售業(yè)巨頭Lidl Switzerland 以及另一家水果蔬菜供應(yīng)商合作，測(cè)試并改進(jìn)這種全新的原纖化纖維素納米纖維保鮮涂層。
參考資料：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.1c06345
https://phys.org/news/2022-01-ecological-coating-bananas.html
本文來(lái)自微信公眾號(hào) “學(xué)術(shù)頭條”（ID：SciTouTiao），作者：朱哼哼，編審：王哈哈，排版：李雪薇，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
