马德里,18(欧洲出版社)
加州大学戴维斯分校的化学家们开发出一种可重复使用和可堆肥的明胶材料,其行为类似于冰块,但解冻时不会泄漏。
这种新材料被认为是食品供应链和药物运输的理想选择。该团队还在探索基于蛋白质的结构,用于食品安全涂层和实验室培育的肉类支架。这项突破性成果已在美国化学学会秋季会议上公布。
凝胶冰项目始于加州大学戴维斯分校食品科学家王璐欣向研究人员邹嘉涵和孙刚提出的一个问题。王璐欣观察了超市海鲜柜里的冰融化过程,担心融水会传播病原体,污染整个海鲜柜。她询问研究人员能否发明一种可重复使用的材料,这种材料既像普通冰一样工作,又不会形成可能被污染的水坑。
这种新材料的灵感源自冷冻豆腐。孙教授也是加州大学戴维斯分校的材料科学家,也是邹教授研究生研究的指导老师。他解释说:“冷冻豆腐内部会保留水分,但解冻后就会释放水分。所以我们尝试用另一种材料来解决这个问题:明胶。”
明胶蛋白拥有研究人员一直寻求的两种特性:它们对食品安全,而且它们的长链相互结合,形成具有微小孔隙的水凝胶,与豆腐不同,这种水凝胶可以锁住水分。用这种天然聚合物(也称为生物聚合物)制成的水凝胶的初步测试取得了成功。
当水从液态变为冰态,再变回液态时,它仍保留在孔隙中,不会损坏结构或浸出水凝胶。
多年来,邹教授不断优化明胶基水凝胶的配方和生产方法。如今,他已掌握了一种实用的一步法生产工艺,可以制造出90%由水组成的凝胶状冰,这种冰可以用水或稀释的漂白剂反复清洗、冷冻和解冻。
制冷剂在室温下会移动并坍塌。但当它冷却到水的冰点(0°C)以下时,它会变得更坚固、更固态。
可重复使用的
“与相同形状和大小的传统冰相比,凝胶冰的冷却效率(凝胶通过相变吸收的热量)高达 80%,”邹教授说道。“此外,我们可以重复使用这种材料,并在多次冻融循环中保持吸热能力,这是与传统冰相比的一个优势。”
该设备可以生产0.45公斤的凝胶状冰块,类似于目前市面上出售的带有笨重塑料外壳的冷凝胶包。然而,这种新型冷却材料比冷敷包或干冰更具优势:它可以被塑造成任何形状或设计,而且可堆肥。
在一系列实验中,将堆肥凝胶施用于盆栽土壤后,番茄植株的生长得到了改善。而且由于这种降温材料不含合成聚合物,因此不会产生微塑料。
邹和孙表示,虽然凝胶状冰最初是为食品保鲜而开发的,但它在医疗产品运输、生物技术以及在缺水地区用于结冰方面显示出良好的前景。
目前,明胶冰技术已获得许可。邹教授希望,这将使这种降温材料成为一种不含融水、食品安全且可堆肥的冰替代品,供消费者使用。她承认,在明胶冰淇淋走向市场之前,该技术仍需经过市场分析、产品设计和大规模生产测试等多个阶段才能实现商业化。邹教授也对其他天然生物聚合物产生了兴趣。她已将研究范围扩展到大豆蛋白等农业衍生植物蛋白,以创造更具可持续性的材料。她的研究重点正转向开发用于可拆卸台面衬垫的大豆蛋白和用于培养肉的细胞支架。
“在我的研究中,我意识到大自然在生物聚合物设计中的力量,以及它们所提供的巨大可能性,”邹说。“我相信,源自生物聚合物的令人惊叹的产品将会被创造出来,因为这些材料本身正在教会我们如何利用它们。”