Белок молока и целлюлоза, полученная из растений, могут стать настоящим прорывом в области устойчивого развития благодаря инновационному достижению исследователей из Пенн Стейт.
Метод электропрядения
Используя электропрядение, которое включает в себя применение напряжения для преобразования жидкого раствора в форму конуса, растягивающегося и превращающегося в крошечные волокна, команда объединила молочный белок казеин с гидроксипропилметилцеллюлозой, соединением, также известным как гипомеллоза и полученным из растительного материала, для создания нановолокон толщиной в 1000 раз меньше человеческого волоса. Затем они преобразовали эти волокна в маты, которые обещают стать основой для различных продуктов, таких как биоразлагаемая и даже съедобная упаковка для пищевых продуктов.
Профессор пищевой науки из Колледжа сельскохозяйственных наук Федерико Харт, один из руководителей группы, сказал: «В рамках эксперимента мы продемонстрировали успешное изготовление автономных матов, богатых казеином. Нановолокна на основе белка высоко востребованы из-за их потенциального использования в инженерии тканей, биомедицинских приложениях, таких как перевязочные средства для ран, и в съедобной упаковке, предлагая устойчивые решения для сохранения и безопасности пищевых продуктов».
В исследовании, опубликованном в сентябрьском выпуске журнала Journal of Colloid and Interface Science, исследователи сообщили, что сочетание казеина, обогащённого гипомеллозой, поддаётся электропрядению при соотношении целлюлозы к казеину до 1:4. Однако волокна с наименьшим количеством бусин, утолщённых нерегулярных участков и наибольшей площадью поверхности, что делает их наиболее желательными для включения в маты, были получены из раствора с соотношением целлюлозы к казеину 1:12.
Новое открытие
При 100% относительной влажности маты из волокон химически реагировали с влагой, превращаясь в прозрачные плёнки, которые, по мнению исследователей, могут быть использованы для упаковки пищевых продуктов.
Профессор пищевой науки Грегори Циглер, другой руководитель группы, объяснил, что казеин уже давно используется в качестве материала как для пищевых, так и для непродовольственных целей. «Этот белок может улучшить текстуру пищевых продуктов и их питательную ценность, а также используется в производстве клеёв, красок, бумажных покрытий, косметики и фармацевтических препаратов. Это исследование добавляет к его полезности, придавая ему новую форму: нановолокна».
Профессор Харт отметил, что это исследование стало последним в серии опубликованных работ, посвящённых электропрядению казеина. Ранее эта исследовательская группа оценивала электропрядение казеина отдельно и казеина в сочетании с каррагинаном, пищевой добавкой, полученной из красных морских водорослей и используемой в основном в качестве загустителя, стабилизатора и эмульгатора в различных пищевых продуктах. Однако маты, полученные в этих исследованиях, содержали слабые и хрупкие нановолокна.
В этом исследовании учёные проверили идею добавления к казеину гипомеллозы, которая, по их гипотезе, могла бы придать белку прочность и гибкость. И они оказались правы.
«Идея здесь заключалась в том, чтобы создать маты на основе казеина, чего раньше не делалось, — сказал Харт. — Наши ранние попытки с использованием только казеина ясно показали, что нам нужно улучшить механические свойства матов, и в конце концов мы решили добавить гипомеллозу, потому что мы думали, что взаимодействие между казеином и целлюлозой оптимизирует механические свойства этих матов».
Харт добавил, что будущие исследования будут изучать новые применения съедобных нановолокон казеина, таких как упаковка пищевых продуктов и фильтрация.
Источник: Pennsylvania State University.