華南理工大學(xué)：3D打印的"智能試劑"可保持水果新鮮度

導(dǎo)讀：2021年8月20日，南極熊獲悉,，華南理工大學(xué)和華威大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)了一種新型的水果生長調(diào)節(jié)試劑,，能夠使新鮮產(chǎn)品保持更長時間的可食用性。

據(jù)悉,，這種新型試劑研究團隊是通過同軸3D打印技術(shù)生產(chǎn),，它以纖維素納米纖維為表征點，其中裝載了貝類提取物和生長調(diào)節(jié)劑,，可以預(yù)先配制,，后期穩(wěn)定地釋放到新鮮食品的毛孔中。

研究人員說,，當(dāng)該試劑用于處理荔枝時,，不僅延長了水果的保質(zhì)期，而且使他們能夠精確地監(jiān)測其新鮮度,。因此,，這些試劑未來有希望成為農(nóng)產(chǎn)品"智能包裝"的基礎(chǔ),。

研究人員在他們的論文中說："纖維素納米纖維基（CNF）的試劑具有水果保鮮和視覺監(jiān)測的雙重功能，延長了荔枝的保質(zhì)期六天,。這項工作中開發(fā)的CNF集成試劑,，為開發(fā)智能食品包裝提供了一個新的思路。"

△新型水果保鮮試劑背后的同軸3D打印工藝,，納米纖維素基的試劑自帶空心管道,，用于攜帶和輸送植物生長抑制劑。圖片來自《Carbohydrate Polymers Journal》

實時食品監(jiān)測

由于受到全球變暖,、COVID引起的運輸中斷和英國脫歐等多種因素的影響,，各國都越發(fā)重視糧食安全，農(nóng)產(chǎn)品的長期保鮮也因此變得尤為重要,。為了滿足這一需求,，以及日益提高的消費者食品標(biāo)準(zhǔn)，"智能包裝系統(tǒng)"越來越多地被用來跟蹤包裝食品的狀況和質(zhì)量,，并防止其脫銷,。

在很大程度上，這種智能包裝系統(tǒng)是利用化學(xué)敏感染料（如花青素）監(jiān)測農(nóng)產(chǎn)品容器內(nèi)的任何pH值變化,�,；ㄇ嗨馗淖冾伾�，表明水果開始腐壞,。然而,，這些天然的水溶性色素只能夠監(jiān)測新鮮度，它們并不能使水果或蔬菜的壽命更長,。

研究人員為了解決這個問題,，將合成的植物生長調(diào)節(jié)劑 "1-MCP "與有機染料（如貝類提取物殼聚糖）配對，以推遲農(nóng)產(chǎn)品的成熟,。不過,，在其正常情況下，1-MCP的揮發(fā)性太強,，無法混合,，因此該團隊決定3D打印一個核心外殼結(jié)構(gòu)，能夠以可控方式釋放殼聚糖,，防止食品提前變質(zhì),。

△科學(xué)家們使用SEM成像（如圖）來評估其傳感器的靜電特性。圖片來自《Carbohydrate Polymers Journal》,。

3D打印 "智能包裝"

在開始3D打印CNF基試劑之前,，科學(xué)家們首先將海藻酸鈉（SA）和κ-卡拉膠（KC）基質(zhì)材料整合到他們的生物墨水中，這將允許它在不影響食品安全的情況下進(jìn)行加工,，以及一種pH值敏感的藍(lán)莓花青素,，由于其獨特的顏色,，隨后可用于監(jiān)測新鮮度。

一旦準(zhǔn)備就緒,，研究團隊的配方就被裝入Y&D 7300N同軸3D打印機，并沉積成層,，然后進(jìn)行噴霧固化和冷凍干燥,，形成空心纖維。理論上,，這些納米管將能夠平衡殼聚糖對設(shè)備的CNF外殼的靜電效應(yīng),，使它們能夠 "捕獲 "1-MCP并按需釋放。

在對這一想法進(jìn)行測試時,，該團隊最終將他們的試劑應(yīng)用于荔枝,，設(shè)法防止荔枝上出現(xiàn)霉斑。結(jié)果顯示,，直到采摘后9天才出現(xiàn)腐壞跡象,，要比正常放置情況上的保鮮時長多出6天。在測試過程中,，包裝的顏色也逐漸從紫色變?yōu)榉奂t色,，使水果的腐敗更容易用肉眼發(fā)現(xiàn)。

盡管這些評估是在室溫下進(jìn)行的,，而這種水果通常會被冷藏,，并且該團隊沒有考慮魚類過敏對其設(shè)備應(yīng)用的影響，但他們確實發(fā)現(xiàn)他們的試劑在受控環(huán)境中發(fā)揮了預(yù)期的功能,，因此他們現(xiàn)在打算在未來將其應(yīng)用于其他水果和蔬菜,。

該團隊在他們的論文中總結(jié)道："結(jié)果證明了該試劑的新鮮度視覺監(jiān)測[能力]的高度敏感性和準(zhǔn)確性。我們的試劑解決了單一功能包裝系統(tǒng)的缺點,，通過采用同軸3D打印來構(gòu)建集成設(shè)備,，同時具有水果保鮮和監(jiān)測功能。"

△試劑增強型荔枝（見下圖）比其無試劑的同類產(chǎn)品保鮮時間長得多,。圖片來自《CarbohydratePolymers Journal》,。

AM在食品安全方面的進(jìn)展

由于3D打印固有的精確性和靈活性，該技術(shù)經(jīng)常被用來制造食品安全傳感器,，能夠確保農(nóng)產(chǎn)品和牲畜在運輸后保持安全食用,。就在去年，美國研究人員部署了Optomec的氣溶膠噴射打�,。ˋJP）技術(shù),，以創(chuàng)建新型石墨烯食品測試電化學(xué)傳感器。

同樣,，南洋理工大學(xué),、布拉格化學(xué)與技術(shù)大學(xué)和沙特國王大學(xué)的研究人員,，已經(jīng)3D打印出了檢測霉菌毒素的電極。該團隊認(rèn)為,，如果在實踐中部署,，他們的設(shè)備可以為一種新的方法鋪平道路，使食品儲存中的產(chǎn)品在到達(dá)貨架前可以安全食用,。

與此同時,，在瑞士，EMPA的科學(xué)家們通過開發(fā)一個3D打印的水果模擬器,，采取了一種完全不同的方法來進(jìn)行食品監(jiān)測,。該團隊的蘋果替代品旨在模仿有機產(chǎn)品的形狀和質(zhì)地，據(jù)說能夠跟蹤貨運溫度,，并確保食品在最佳成熟度時到達(dá)客戶手中,。

研究人員的發(fā)現(xiàn)詳見他們的論文，題為 "3D printednanocellulose-based label for fruit freshness keeping and visual monitoring",，該論文由周偉,、吳正國、謝鳳偉,、唐書偉,、方佳偉和王曉英共同撰寫。

相關(guān)論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S0144861721009322