3D-प्रिंटेड बायोडिग्रेडेबल रैप ने दो हफ्तों के परीक्षण में अंगूरों का वजन घटाव 17% से नीचे रखा

शोधकर्ताओं ने 3D-प्रिंटेड बायोडिग्रेडेबल खाद्य रैप की एक नई किस्म की जानकारी दी है, जिसने दो सप्ताह के भंडारण परीक्षण में पारंपरिक polyethylene फिल्म की तुलना में अंगूरों को अधिक सख्त रखा, नमी की हानि कम की और खराब होने की प्रक्रिया को बेहतर ढंग से धीमा किया, ऐसा Food Chemistry में प्रकाशित एक अध्ययन में कहा गया है।

Oluwatosin Popoola, Aurora Attemann और Silvana Andreescu द्वारा किए गए इस कार्य में alginate, gelatin और cellulose के हाइड्रोजेल मिश्रण से बनी एक पैकेजिंग फिल्म पर ध्यान केंद्रित किया गया, जो पेट्रोलियम-आधारित प्लास्टिक के विकल्प के रूप में व्यापक रूप से अध्ययन किए जाने वाले पदार्थ हैं। टीम ने एक्सट्रूज़न-आधारित 3D प्रिंटिंग का उपयोग करके इस मिश्रण को पतली फिल्मों में बदला और ऐसे जैवसक्रिय यौगिक जोड़े जिनका उद्देश्य सामग्री को रोगाणुरोधी और एंटीऑक्सिडेंट गुण देना था।

यह अध्ययन उन दो समस्याओं से जुड़ा है जिन्हें खाद्य और पैकेजिंग उद्योग एक साथ हल करने में संघर्ष करते रहे हैं: एकल-उपयोग प्लास्टिक की पर्यावरणीय लागत और ताज़ा उपज का कम शेल्फ जीवन। पारंपरिक प्लास्टिक फिल्में भोजन को नुकसान और नमी की हानि से बचा सकती हैं, लेकिन वे पर्यावरण में आसानी से नहीं टूटतीं और आम तौर पर खराब होने से निपटने वाले सक्रिय उपकरणों के बजाय निष्क्रिय अवरोध की तरह काम करती हैं। शोधकर्ताओं ने कहा कि उनका लक्ष्य एक ऐसी बायोडिग्रेडेबल फिल्म तैयार करना था जो भोजन को सिर्फ ढकने से आगे कुछ कर सके।

अंगूरों पर किए गए परीक्षण में, प्रिंटेड फिल्मों को 14 दिनों के भंडारण के दौरान परखा गया और polyethylene रैप तथा बिना ढके फलों से तुलना की गई। नई फिल्मों से ढके अंगूरों में 11-17% वजन घटाव देखा गया, जबकि polyethylene में लिपटे अंगूरों का वजन 38-43% कम हुआ। बिना ढके अंगूरों में 64-70% वजन घटा। पेपर में यह भी कहा गया कि नई फिल्मों ने रंग और दृढ़ता को बनाए रखने में मदद की और अंगूरों की शेल्फ लाइफ 14 दिनों तक बढ़ाई।

यह पैकेजिंग सामग्री एक ऐसी मैट्रिक्स से बनाई गई थी जिसे पेपर में AGC कहा गया है, जो alginate-gelatin-cellulose का संक्षेप है। Alginate आमतौर पर समुद्री शैवाल से प्राप्त होता है, gelatin प्रोटीन-आधारित सामग्री है, और cellulose पौधों पर आधारित संरचनात्मक बहुलक है। शोधकर्ताओं ने कहा कि इस संयोजन को मजबूती और लचीलापन बढ़ाने के लिए चुना गया, जबकि सामग्री को बायोडिग्रेडेबल और खाद्य-संपर्क उपयोग के लिए उपयुक्त बनाए रखा गया।

फिल्म को निष्क्रिय के बजाय सक्रिय बनाने के लिए टीम ने citronellol, citronellal, curcumin और polyethyleneimine सहित यौगिकों को शामिल किया। इन योजकों को उनके रोगाणुरोधी या एंटीऑक्सिडेंट व्यवहार के कारण चुना गया। लेखकों ने कहा कि हाइड्रोजेल नेटवर्क ने सक्रिय अवयवों को फैलाने में मदद की और वाष्पशील यौगिकों की हानि को सीमित किया, जो महत्वपूर्ण है क्योंकि आवश्यक तेल प्रसंस्करण के दौरान वाष्पित हो सकते हैं या नष्ट हो सकते हैं।

शोधकर्ताओं ने बताया कि अनुकूलित फॉर्मुलेशन ने एंटीऑक्सिडेंट प्रदर्शन में तेज़ सुधार किया। एक radical-scavenging परीक्षण में, आधार सामग्री में गतिविधि 4.17% से बढ़कर सक्रिय अवयव जोड़ने के बाद 60.88% हो गई। रोगाणुरोधी परीक्षण में, फिल्म ने Staphylococcus aureus के विरुद्ध मजबूत अवरोध दिखाया और Escherichia coli तथा Pseudomonas aeruginosa के विरुद्ध अधिक मध्यम गतिविधि दिखाई, जो संदूषण और खराब होने के जोखिम पर प्रयोगशाला अध्ययनों में आम तौर पर उपयोग किए जाने वाले तीन बैक्टीरिया हैं।

अध्ययन में कहा गया कि फिल्मों ने यांत्रिक मजबूती, hydrophobicity और अवरोध-प्रदर्शन में भी सुधार दिखाया, जो सभी जैव-आधारित पैकेजिंग के लिए केंद्रीय मुद्दे हैं। प्राकृतिक बहुलकों से बनी बायोडिग्रेडेबल फिल्मों की एक लंबे समय से चली आ रही समस्या यह है कि वे प्लास्टिक के व्यावहारिक विकल्प बनने के लिए बहुत कमजोर, पानी के प्रति बहुत संवेदनशील या बहुत पारगम्य हो सकती हैं। लेखकों ने तर्क दिया कि उनके फॉर्मुलेशन ने इन कमजोरियों को इतना सुधारा कि वास्तविक पैकेजिंग उपयोग का समर्थन हो सके, जबकि सामग्री को बायोडिग्रेड होने की क्षमता बनी रही।

इस शोध का एक केंद्रीय हिस्सा 3D प्रिंटिंग का उपयोग भी है। पारंपरिक तरीकों से फिल्मों को कास्ट करने के बजाय, टीम ने direct ink writing का उपयोग करके हाइड्रोजेल को संरचित पैकेजिंग फिल्मों के रूप में प्रिंट किया। इस पद्धति ने शोधकर्ताओं को स्याही की मोटाई और प्रवाह को इस तरह समायोजित करने की अनुमति दी कि प्रिंटिंग के बाद वह अपना आकार बनाए रख सके। पेपर में, लेखकों ने कहा कि इस तरह की प्रिंटिंग स्केलेबल निर्माण और फिल्म डिज़ाइन पर अधिक सटीक नियंत्रण को समर्थन दे सकती है।

यदि यह तकनीक लैब परीक्षण से आगे बढ़ती है, तो यह उत्पादन पद्धति महत्वपूर्ण हो सकती है। पैकेजिंग निर्माता अलग-अलग खाद्य पदार्थों के लिए सामग्रियों को अनुकूलित करने के तरीके खोज रहे हैं, जिनमें ऐसी उपज भी शामिल है जिसे नमी बनाए रखने, गैस विनिमय और सूक्ष्मजीवों से सुरक्षा के बीच संतुलन की आवश्यकता होती है। सिद्धांत रूप में, एक प्रिंट करने योग्य बायोडिग्रेडेबल फिल्म को अलग-अलग फलों, सब्जियों या अन्य शीघ्र खराब होने वाले उत्पादों के लिए समायोजित किया जा सकता है।

बड़ा संदर्भ नवीकरणीय स्रोतों से बनी सामग्रियों के साथ पारंपरिक पैकेजिंग प्लास्टिक को बदलने की बढ़ती कोशिश है। पेपर में कहा गया है कि polyethylene, polypropylene और polyethylene terephthalate जैसे पेट्रोलियम-व्युत्पन्न बहुलक अभी भी प्रमुख हैं क्योंकि वे सस्ते, हल्के और यांत्रिक रूप से भरोसेमंद हैं। लेकिन प्लास्टिक कचरे, खराब निपटान प्रणालियों और एडिटिव्स या माइक्रोप्लास्टिक्स के भोजन में जाने को लेकर चिंताओं ने विकल्पों में रुचि बढ़ा दी है। लेखकों ने वैश्विक खाद्य हानि की ओर भी ध्यान दिलाया, जिसे उन्होंने सालाना 1.3 अरब टन से अधिक बताया, और कहा कि प्रदूषण बढ़ाए बिना खराब होने को कम करने वाली पैकेजिंग विकसित करने की यह एक वजह है।

ये निष्कर्ष सक्रिय पैकेजिंग पर किए गए शोध के बड़े भंडार में जोड़ते हैं, यह ऐसा क्षेत्र है जिसका उद्देश्य ऐसी सामग्री बनाना है जो केवल अवरोध के रूप में काम करने के बजाय भोजन और आसपास के वातावरण के साथ अंतःक्रिया करे। व्यवहार में, इसका अर्थ मुक्त radicals को हटाना, ऑक्सीकरण कम करना, पानी की हानि धीमी करना या सूक्ष्मजीवी वृद्धि को दबाना हो सकता है। कई मौजूदा सक्रिय-पैकेजिंग प्रणालियाँ सिंथेटिक योजकों या पेट्रोलियम-आधारित घटकों पर निर्भर करती हैं, जिससे नियामकीय और पर्यावरणीय प्रश्न उठ सकते हैं। लेखकों ने कहा कि उनका काम एक जैव-व्युत्पन्न विकल्प पेश करने के लिए तैयार किया गया था।

फिर भी, यह अध्ययन व्यावसायिक लॉन्च नहीं बल्कि शुरुआती चरण का एक प्रदर्शन है। पेपर में प्रयोगशाला-आधारित विशेषण और अंगूरों पर किए गए भंडारण परीक्षण पर ध्यान दिया गया, और इसमें औद्योगिक स्तर पर लागत, विभिन्न बाज़ारों में खाद्य-संपर्क सामग्रियों के लिए नियामकीय स्वीकृति, या उत्पादों की व्यापक श्रेणी में दीर्घकालिक प्रदर्शन को शामिल नहीं किया गया। यह संभावना है कि यही मुद्दे तय करेंगे कि क्या ये फिल्में शोध से व्यावसायिक पैकेजिंग लाइनों तक पहुंच सकती हैं।

लेखकों ने कहा कि फिल्म का प्रदर्शन सामग्री के भीतर होने वाली अंतःक्रियाओं से जुड़ा प्रतीत होता है, जिनमें hydrogen bonding और आवेश-आधारित प्रभाव शामिल हैं, जो फिल्म को स्थिर करने और समय के साथ सक्रिय यौगिकों की रिलीज़ को समर्थन देने में मदद करते हैं। उन्होंने यह भी कहा कि पैकेजिंग की रोगाणुरोधी क्रिया बैक्टीरियल कोशिकाओं के विघटन से जुड़ी है, जबकि इसका एंटीऑक्सिडेंट व्यवहार reactive oxygen species को निष्क्रिय करने में मदद करता है, जो भोजन के क्षरण में योगदान देते हैं।

अध्ययन को New York State Pollution Prevention Institute का समर्थन मिला, एक student and faculty research program के माध्यम से जो पैकेजिंग के जरिए food spoilage mitigation पर केंद्रित था, साथ ही U.S. Department of Agriculture’s National Institute of Food and Agriculture से भी। अतिरिक्त वित्तपोषण Clarkson University में New York State Center of Excellence in Healthy Water Solutions से आया।

खाद्य कंपनियों और पैकेजिंग डेवलपर्स के लिए मुख्य परिणाम सीधा है: इस परीक्षण में, एक बायोडिग्रेडेबल प्रिंटेड फिल्म ने ताज़ा अंगूरों को सुरक्षित रखने में मानक polyethylene रैप से बेहतर प्रदर्शन किया। शोधकर्ताओं के लिए, यह अध्ययन इस बात का एक नया उदाहरण पेश करता है कि पारंपरिक प्लास्टिक पैकेजिंग के विकल्प खोजने में सामग्री विज्ञान, खाद्य संरक्षण और additive manufacturing कैसे एक-दूसरे के करीब आ रहे हैं।