Preparation of biodegradable CNTs-ZnO/cellulose membrane with photothermal antibacterial activity for food packaging application
Cette étude présente une méthode facile pour la fabrication d'une membrane biodégradable de CNTs-ZnO/cellulose qui présente une activité antibactérienne photothermique efficace sous irradiation solaire, prolongeant efficacement la durée de conservation des fraises et offrant une solution écologique prometteuse pour l'emballage alimentaire.
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L'emballage alimentaire est un gardien silencieux de nos repas quotidiens, chargé de la tâche difficile de maintenir la fraîcheur des produits tout en prévenant le gaspillage. Pendant des décennies, la solution a largement été le plastique, un matériau prisé pour sa durabilité et sa légèreté, mais critiqué pour sa persistance dans l'environnement et son incapacité à arrêter activement les bactéries microscopiques qui font pourrir les aliments. Bien que les scientifiques cherchent depuis longtemps à remplacer le plastique par des alternatives naturelles et biodégradables comme les fibres végétales, ces matériaux verts manquent souvent de la puissance nécessaire pour combattre les microbes qu'ils sont censés contenir. Le défi consiste à créer un matériau d'emballage qui soit non seulement respectueux de la terre, mais aussi capable de défendre activement la nourriture à l'intérieur, peut-être en utilisant l'énergie de la lumière pour générer de la chaleur afin de tuer les bactéries, le tout sans dépendre de produits chimiques toxiques qui pourraient s'infiltrer dans les aliments.
Dans une étude récente, des chercheurs de l'université du Jiangsu en Chine ont développé un nouveau type de membrane d'emballage qui tente de résoudre ce problème en combinant une fibre végétale naturelle avec un mélange spécialisé de nanoparticules. L'équipe est partie de la cellulose, le principal composant structurel des plantes, qu'elle a extraite de la paille de riz. À cette base naturelle, elle a ajouté un matériau composite composé de nanotubes de carbone et de particules d'oxyde de zinc. Les nanotubes de carbone sont des structures tubulaires incroyablement fines faites d'atomes de carbone qui sont excellents pour absorber la lumière, tandis que l'oxyde de zinc est un minéral connu pour sa capacité à tuer les bactéries. En mélangeant ces composants et en les déposant sur la cellulose, les chercheurs ont créé un film mince et flexible qui agit comme un bouclier contre la détérioration.
La caractéristique la plus frappante de cette nouvelle membrane est sa capacité à transformer la lumière en chaleur. Lorsque les chercheurs ont exposé le film à une lumière solaire simulée, la température de surface a augmenté rapidement. En seulement deux minutes d'exposition à une intensité lumineuse de 1,8 watt par centimètre carré, la température de surface de la membrane est passée d'un confortable 22,0 degrés Celsius à un brûlant 67,2 degrés Celsius. Cette montée rapide de la température est cruciale car de nombreuses bactéries ne peuvent survivre à une telle chaleur. L'étude a montré que lorsque cette membrane chauffée était placée à proximité de bactéries courantes d'origine alimentaire comme Staphylococcus aureus et Escherichia coli, elle inhibait efficacement leur croissance. La membrane était particulièrement efficace contre E. coli, inhibant sa croissance de plus de 97,85 %, tout en montrant également une forte résistance contre S. aureus avec un taux d'inhibition dépassant 65,66 %.
Au-delà de sa capacité à tuer les bactéries par la chaleur, la membrane s'est révélée être une solution pratique pour le stockage alimentaire réel. Les chercheurs ont testé le matériau en enveloppant des fraises fraîches, un fruit qui se gâte rapidement en raison de sa haute teneur en eau et de sa sensibilité aux moisissures. Sur une période de neuf jours, les fraises enveloppées dans la nouvelle membrane et conservées sous des conditions lumineuses sont restées fraîches et charnues, ne présentant aucun signe de la moisissure qui recouvrait les fraises enveloppées dans un film plastique standard. Les fraises enveloppées dans le nouveau matériau n'ont perdu que 7 % de leur poids, une amélioration significative qui suggère que la membrane gère bien l'humidité, permettant au fruit de respirer sans se dessécher trop vite ni devenir trop humide.
L'étude a également abordé le devenir environnemental du matériau. Contrairement au plastique traditionnel, qui peut persister pendant des siècles, la nouvelle membrane est conçue pour se décomposer naturellement. Lorsqu'elle est enterrée dans le sol, la membrane commence à se dégrader de manière notable en quelques jours et est largement décomposée par les micro-organismes en vingt jours. Cette biodégradabilité, combinée à sa capacité à prolonger la durée de conservation des produits frais, suggère une voie à suivre pour un emballage qui protège la nourriture sans peser sur la planète. Les chercheurs ont constaté que la membrane maintenait son efficacité sur plusieurs cycles de chauffage et de refroidissement, indiquant qu'elle est assez stable pour des applications d'emballage répétées. En exploitant la simple puissance de la lumière solaire pour générer de la chaleur et en combinant cela avec une base naturelle et compostable, ce travail offre une étape prometteuse vers un avenir où l'emballage alimentaire est aussi durable que la nourriture qu'il protège.
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