Nofima-forskere har studert hvilke nanomaterialer som kan kapsle inn naturlige antimikrobielle midler for å gjøre matemballasjen grønnere.
Den viktigste grunnen til å pakke inn maten er at den skal holde seg frisk og trygg lengst mulig. Økt holdbarhet reduserer matsvinn. Samtidig er det en forventning om grønnere matemballasje.
Klimafotavtrykket skal være lavest mulig for både mat og emballasjeløsning. Utfordringen forskerne står overfor er å utvikle grønnere emballasjeløsninger som samtidig sørger for maten holder seg minst like lenge og godt som med dagens emballering.
Naturlige planteoljer trenger beskyttelse
– Vi jobber med muligheten for å kombinere aktive emballasjeløsninger basert på naturlige aktive komponenter med mer miljøvennlige emballasjeløsninger, forklarer forsker Jawad Sarfraz i Nofima.
– Disse naturlige komponentene finnes i naturlige planteoljer som har antimikrobielle egenskaper, og dermed hemmer bakterievekst slik at maten får økt holdbarhet.
En utfordring er at planteoljene, eller nærmere bestemt de aktive komponentene i planteoljene er veldig flyktige. Det vil si at de «forsvinner» etter en tid. Komponentene er også følsomme overfor oksygen, varme og lys, noe som gjør det vanskelig å prosessere dem i deres naturlige tilstand.
Det er her nanomaterialene kommer inn. De kan danne et beskyttende miljø rundt de følsomme planteoljekomponentene.
Nanobærer = nanomateriale med innkapslingsevner
Nofima-forskerne har undersøkt nanomaterialer som evner å kapsle inn for eksempel organiske aktive komponenter, og deretter justerer effekten slik at komponentene utløses etter en viss tid. Disse nanomaterialene kalles nanobærere. Teknikken er velkjent fra forskningen innen biomedisinske applikasjoner. Der bruker man et nanomateriale til å frakte spesifikk medisin til et spesifikt sted i kroppen, for å oppnå best mulig effekt.
– Vi har undersøkt og sammenlignet ulike nanobærere for å se nærmere på hvilke som kan fungere best i en matemballasje-applikasjon, forteller Tina Gulin-Sarfraz. Hun er post doc i Nofima, i prosjektet PackTech.
Resultater fra medisinsk forskning gir inspirasjon
Andre forskergrupper har tidligere undersøkt hvordan kommersielt tilgjengelige nanoleire, kan brukes til å kapsle inn de ettertraktede aktive komponentene i planteoljer for å utvikle nye aktive emballasjeløsninger med lavere klimafotavtrykk. Felles for disse er at man i liten grad vurderte muligheten for å tilpasse nanobæreren til den spesifikt tenkte bruken. Nanoleire er en naturlig type leire.
– Nå vokser interessen for såkalte syntetisk produserte porøse silikapartikler. Dette er et ufarlig mineral som finnes i store mengder i naturen. Det er mye brukt innen medisinsk forskning, og er et vanlig tilsetningsstoff i mat, med E-nummer 551. Vi mener at denne nanobæreren er den mest aktuelle for matkontakt, sier forsker Jawad Sarfraz.
Partikler fra mineralet silika egner seg for skreddersøm
Silikapartiklene byr på store designmuligheter, og forskerne kan skreddersy partiklene slik at de beskytter en spesifikk aktiv komponent.
– Vi kan skreddersy både porestrukturen, overflatearealet og overflatekjemien, og tilpasse til komponentene vi skal innkapsle, forklarer Tina Gulin-Sarfraz.
Hun legger til andre viktige kriterier for nanobærerne er hvor effektive de er på å kapsle inn de aktive komponentene og å gjøre komponentene tilgjengelig akkurat på riktig tidspunkt.
Nofima-forskerne har funnet at de aktive flyktige komponentene blir kapslet inn mer effektivt når de bruker syntetiske produserte silikapartikler fremfor kommersielt tilgjengelige nanobærere.
– Det kan virke mot sin hensikt å benytte en kommersiell tilgjengelig nanobærer som ikke er tilpasset den aktive komponenten. Vi må utvikle skreddersydde løsninger der nanobæreren er tilpasset den aktuelle aktive komponenten.
– Vi trenger også nøyaktig kunnskap om hvordan nanobæreren ta vare på egenskapene til den aktive komponenten og hvordan disse kan aktiveres på en hensiktsmessig måte, avslutter Tina Gulin-Sarfraz.
Utstyr til karakterisering av nanopartikler
Syntese og karakterisering av nanomaterialer er et relativt nytt fagområde i Nofima, og infrastrukturen bygges gradvis opp.
En Zetasizer, som brukes til karakterisering av nanopartikler, er på plass. Denne gjør det mulig å studere størrelse og overflateladning av nanopartiklene.
Gasskromatografi (GC-MS) – massespektrometri er tilgjengelig og brukes sammen med spektroskopiske teknikker for å studere innkapsling og frigjøring av aktive komponenter. Andre karakteriseringsmetoder brukes i samarbeid med UiO og NMBU.
Om nanoteknologi og nanomaterialer
Nano er en milliardsdel meter. Når dimensjonene til et materiale kommer inn i nanoskalaen oppstår det store endringer i materialets reaktivitet. Nanomaterialer har en ekstremt stor overflate per masse sammenlignet med større objekter.
Porøse nanomaterialer kan ha en overflate over 1000 m2/g. Et resultat av det høye overflate-til-volum-forholdet er at for eksempel de optiske, elektriske, fysiske, mekaniske og magnetiske egenskapene kan endres.
Disse unike nanoeffektene er grunnlaget for de nye og fascinerende bruksområdene av nanomaterialer. Innen matemballasje kan nanomaterialer potentielt brukes til å forbedre barriereegenskapene av emballasjematerialet, og til å utvikle nye aktive og intelligente emballasjesystemer.
