2021 创造未来设计大赛：可持续技术/未来能源类别获胜者——多功能仿生复合水果涂料

多功能生物纳米复合水果涂料

Sylvia Jung、Nancy Cui、Neethu Potackal、Pulickel M. Ajayan 和 Muhammad M. Rahman Rice 大学休斯顿，德克萨斯

惠普工作站的获胜者

饥饿和长期营养不足影响了全世界 8 亿多人，而全世界生产的食物中有三分之一被浪费了。这在新鲜农产品中尤为明显，其中近 40% 至 50% 的作物被浪费。减少这种浪费具有巨大的潜力，因为即使减少 15% 也可能意味着要养活 2500 万人。

在商业技术中，最常见的保存易腐产品的方法是打蜡——使用基于脂肪酸的防腐剂进行人工涂层。但它缺乏耐洗性，并且存在潜在的有毒化合物，可能会对人类健康和环境造成不利影响。

此处描述的解决方案是一种多功能、基于蛋白质的保形纳米复合涂层，由现成的廉价或废弃生物材料制成。该涂层具有多种性能组合，可满足材料柔韧性、可食用性、可洗性、有效性、生物降解性和外观等多种保存要求。

该涂层主要由来自蛋清的聚（白蛋白）蛋白和来自木浆的纤维素纳米晶体以及各种其他生物相容性改性剂组成。它的合成始于蛋清蛋白、蛋黄和甘油的组合，形成一层坚固的可食用薄膜。添加姜黄素可改善抗菌和抗氧化特性，从而减少微生物生长并允许微环境中的气体进行最佳交换，减少氧气并增加二氧化碳以保持新鲜度。纤维素纳米晶体进一步降低了水和气体的渗透性。

保鲜研究表明，在购买后 8-11 天后，所有未涂层的水果都出现了酶促褐变和腐烂，而涂层样品在一周以上的时间里保持了外观和硬度。体外研究证实了涂层的可食用性。与蜡涂层相比，该涂层易于清洗并提供有光泽的视觉外观。其易加工性使其具有巨大的低成本大规模生产潜力。

该发明可以抓住可食用包装市场的潜力，预计到 2025 年将达到 6.79 亿美元。它有可能降低有机产品 17% 至 65% 的溢价成本，并为注重健康的消费者提供负担得起的替代品。

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