Автор: В контексте глобального экологического кризиса, вызванного накоплением нефтехимических пластиков, актуальной задачей является разработка биоразлагаемых и функциональных материалов для упаковки, соответствующих принципам экономики замкнутого цикла. В данном исследовании предложена инновационная композиция на основе возобновляемых полисахаридов — хитозана и фукоидана, — с использованием молочной кислоты/ в качестве экологичного растворителя и дженипина в качестве биосовместимого сшивающего агента. Разработанный материал предлагает решение для создания активной пищевой упаковки, продлевающей срок годности продуктов, что вносит вклад в снижение экологической нагрузки.
Глобальный экологический кризис, обусловленный повсеместным накоплением нефтехимических пластиков, диктует необходимость перехода к ответственным моделям производства и потребления. В этом контексте создание экологически безопасных, биоразлагаемых и функциональных материалов для пищевой упаковки становится первостепенной задачей. Перспективным направлением является использование возобновляемых биополимеров, в частности полисахаридов, которые благодаря своей биосовместимости и способности к биодеградации соответствуют принципам «зелёной» химии. Однако природные полисахариды часто обладают недостаточными барьерными и механическими свойствами, что ограничивает их применение [1]. Данное исследование посвящено разработке инновационных биополимерных плёнок на основе комбинации хитозана и фукоидана, модифицированных химическим сшиванием, как отвечающей требованиям устойчивого развития и экономики замкнутого цикла.
Выбор специфических компонентов — хитозана (ХТЗ) и фукоидана (ФК) — обоснован их взаимодополняющими свойствами и возобновляемой природой. Хитозан, получаемый из хитина ракообразных, является отличным плёнкообразователем, а фукоидан, экстрагируемый из бурых водорослей, обладает выраженной биоактивностью [2]. Использование молочной кислоты в качестве растворителя является экологически предпочтительным решением, поскольку она не только эффективно растворяет полимер, но и одобрена как безопасная для контакта с пищевыми продуктами (статус GRAS).
Ключевой стратегией модификации свойств плёнок стало химическое сшивание с помощью дженипина — биосовместимого реагента природного происхождения [3]. Сшивание позволяет не только значительно улучшить механические и барьерные характеристики материала, но и решить проблему иммобилизации летучих активных компонентов, таких как эфирное масло чайного дерева (ЭМ). Исследования вязкости растворов показали, что добавление фукоидана приводит к образованию полиэлектролитных комплексов (ПЭК) за счет электростатического взаимодействия между противоположно заряженными группами полимеров, что увеличивает вязкость и стабилизирует структуру. Добавление масла, выступающего в роли пластификатора, способствует повышению эластичности конечного материала.
Наиболее значимые результаты были получены при изучении физико-механических свойств сшитых плёнок. Композиция, содержащая 0,5% фукоидана, 0,5% эфирного масла и сшитая дженипином, продемонстрировала выдающиеся показатели: предел прочности при растяжении 54 МПа и относительное удлинение при разрыве 80%. Эти значения радикально превосходят характеристики чистого или просто сшитого хитозана, что подчёркивает синергетический эффект от комбинации всех компонентов. Высокая прочность и пластичность делают материал конкурентоспособной альтернативой традиционным пластикам, при этом он является биоразлагаемым и производится из возобновляемого сырья.
Важным аспектом является не только экологичность материала, но и его функциональность, позволяющая продлить жизненный цикл продукта. Исследования антимикробной активности показали, что сшитые плёнки на основе ХТЗ/ФК/ЭМ обладают выраженной способностью подавлять рост микроорганизмов. Это открывает перспективы для их применения в качестве активной пищевой упаковки, которая не просто защищает продукт, но и активно противодействует порче, значительно увеличивая срок его годности и сокращая объем пищевых отходов. Кроме того, комплексная биоактивность (антимикробная, противовирусная, иммуномодулирующая) позволяет рассматривать данные плёнки для биомедицинских применений/ Разработанные биополимерные плёнки являются биоразлагаемыми, производятся из возобновляемого сырья с использованием экологичных растворителей и сшивающих агентов. Их высокая функциональность способствует сокращению как упаковочных отходов, так и потерь пищевой продукции. Данный подход иллюстрирует возможность создания высокотехнологичных и экологически ответственных материалов, которые вносят вклад в формирование устойчивой модели производства и потребления, минимизируя антропогенную нагрузку на окружающую среду.
Литература:
- Zafar S. et al. Role of crosslinkers for synthesizing biocompatible, biodegradable and mechanically strong hydrogels with desired release profile. //Polymer Bulletin. — 2022. — Т. 79. — №. 11. — С. 9199-9219.
- Munoz-Tebar N. et al. Chitosan edible films and coatings with added bioactive compounds: Antibacterial and antioxidant properties and their application to food products: A review. //Polymers. — 2023. — Т. 15. — №. 2. — С. 396.
- Khezerlou A., Sani M.A., Rhim J.W. Genipin crosslinked polysaccharide packaging ilms: An eco-friendly and innovative strategy to improve the performance of food packaging materials. //Carbohydrate Polymer Technologies and Applications. — 2025. — С. 100732.
Автор: Е.И. Шевякова. Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), г. Москва
Научный руководитель — к.т.н, Н.А. Сажнев, РГУ им. А.Н. Косыгина
Источник: Экономика замкнутого цикла. Молодежный взгляд. Вторая студенческая научно-практическая конференция (Москва, 30 ноября 2025 г.) / Сборник тезисов — М.: Мир науки, 2026 г. — Режим доступа: https://izd-mn.com/PDF/13MNNPK26.pdf — Загл. с экрана.
