Preparation of biodegradable CNTs-ZnO/cellulose membrane with photothermal antibacterial activity for food packaging application

खाद्य पैकेजिंग हमारे दैनिक भोजन के एक मूक रक्षक की तरह है, जिसे उपज को ताजा रखने और बर्बादी को रोकने का कठिन कार्य सौंपा गया है। दशकों से, इसका समाधान मुख्य रूप से प्लास्टिक रहा है, जो अपनी मजबूती और हल्केपन के लिए सराहा जाता है, लेकिन पर्यावरण में इसके बने रहने और सूक्ष्म बैक्टीरिया को सक्रिय रूप से रोकने में इसकी अक्षमता के कारण इसकी आलोचना की जाती है जो भोजन को सड़ा देते हैं। जबकि वैज्ञानिक लंबे समय से प्लास्टिक को पौधों के रेशों जैसे प्राकृतिक, बायोडिग्रेडेबल विकल्पों से बदलने की कोशिश कर रहे हैं, इन हरित सामग्रियों में अक्सर उन सूक्ष्मजीवों से लड़ने की शक्ति की कमी होती है जिन्हें उन्हें नियंत्रित करना होता है। चुनौती एक ऐसा पैकेजिंग सामग्री बनाने में निहित है जो न केवल पृथ्वी के लिए सुरक्षित हो बल्कि अंदर के भोजन की सक्रिय रूप से रक्षा करने में भी सक्षम हो, शायद प्रकाश की ऊर्जा का उपयोग करके गर्मी उत्पन्न करने के लिए जो बैक्टीरिया को मार सके, और वह भी बिना उन जहरीले रसायनों पर निर्भर हुए जो भोजन में रिस सकते हैं।

हाल ही में एक अध्ययन में, चीन के जियांग्सू विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक नए प्रकार की पैकेजिंग झिल्ली (मेम्ब्रेन) विकसित की है जो एक प्राकृतिक पादप रेशे को नैनोकणों के एक विशेष मिश्रण के साथ जोड़कर इस समस्या को हल करने का प्रयास करती है। टीम ने सेलुलोज से शुरुआत की, जो पौधों का मुख्य संरचनात्मक घटक है, जिसे उन्होंने चावल के पुआल (राइस स्ट्रॉ) से निकाला। इस प्राकृतिक आधार में, उन्होंने कार्बन नैनोट्यूब और जिंक ऑक्साइड कणों से बनी एक मिश्रित सामग्री जोड़ी। कार्बन नैनोट्यूब, कार्बन परमाणुओं से बनी अविश्वसनीय रूप से पतली, नली जैसी संरचनाएं हैं जो प्रकाश को अवशोषित करने में उत्कृष्ट हैं, जबकि जिंक ऑक्साइड एक खनिज है जो बैक्टीरिया को मारने की अपनी क्षमता के लिए जाना जाता है। इन घटकों को एक साथ मिलाने और उन्हें सेलुलोज पर जमाकर, शोधकर्ताओं ने एक पतली, लचीली फिल्म बनाई जो सड़ने के विरुद्ध एक ढाल के रूप में कार्य करती है।

इस नई झिल्ली की सबसे उल्लेखनीय विशेषता प्रकाश को गर्मी में बदलने की इसकी क्षमता है। जब शोधकर्ताओं ने फिल्म को कृत्रिम सूर्य के प्रकाश के संपर्क में रखा, तो सतह का तापमान तेजी से बढ़ गया। 1.8 वॉट प्रति वर्ग सेंटीमीटर की प्रकाश तीव्रता के संपर्क में आने के मात्र दो मिनट के भीतर, झिल्ली की सतह 22.0 डिग्री सेल्सियस के आरामदायक तापमान से बढ़कर 67.2 डिग्री सेल्सियस तक गर्म हो गई। यह तीव्र तापमान वृद्धि महत्वपूर्ण है क्योंकि कई बैक्टीरिया इतनी गर्मी में जीवित नहीं रह पाते हैं। अध्ययन ने दिखाया कि जब इस गर्म झिल्ली को स्टैफिलोकोकस ऑरियस (Staphylococcus aureus) और एस्चेरिचिया कोली (Escherichia coli) जैसे सामान्य खाद्यजनित बैक्टीरिया के पास रखा गया, तो इसने प्रभावी रूप से उनकी वृद्धि को रोक दिया। यह झिल्ली ई. कोली (E. coli) के विरुद्ध विशेष रूप से प्रभावी थी, जिसने इसकी वृद्धि को 97.85 प्रतिशत से अधिक रोक दिया, जबकि एस. ऑरियस (S. aureus) के विरुद्ध भी 65.66 प्रतिशत से अधिक की अवरोध दर के साथ मजबूत प्रतिरोध दिखाया।

बैक्टीरिया को गर्मी से मारने की अपनी क्षमता के अलावा, यह झिल्ली वास्तविक दुनिया के खाद्य भंडारण के लिए एक व्यावहारिक समाधान साबित हुई। शोधकर्ताओं ने इस सामग्री का परीक्षण ताजे स्ट्रॉबेरी को लपेटकर किया, जो एक ऐसा फल है जो उच्च जल सामग्री और फफूंद के प्रति संवेदनशीलता के कारण जल्दी खराब हो जाता है। नौ दिनों की अवधि में, नई झिल्ली में लिपटी और प्रकाश की स्थिति में रखी गई स्ट्रॉबेरी ताजी और रसीली रही, जिसमें मानक प्लास्टिक फिल्म में लिपटी स्ट्रॉबेरी की तरह फफूंद के कोई लक्षण नहीं दिखे। नई सामग्री में लिपटी स्ट्रॉबेरी ने अपना केवल 7 प्रतिशत वजन खोया, जो एक महत्वपूर्ण सुधार है जो बताता है कि झिल्ली नमी को अच्छी तरह से प्रबंधित करती है, जिससे फल बहुत अधिक सूखने या बहुत अधिक नम होने के बिना सांस ले पाता है।

अध्ययन ने सामग्री के पर्यावरणीय भाग्य को भी संबोधित किया। पारंपरिक प्लास्टिक के विपरीत, जो सदियों तक बना रह सकता है, इस नई झिल्ली को स्वाभाविक रूप से टूटने के लिए डिज़ाइन किया गया है। जब इसे मिट्टी में दफनाया गया, तो झिल्ली कुछ ही दिनों में स्पष्ट रूप से विघटित होने लगी और बीस दिनों के भीतर सूक्ष्मजीवों द्वारा काफी हद तक तोड़ दी गई। यह बायोडिग्रेडेबिलिटी, ताजी उपज के शेल्फ जीवन को बढ़ाने की इसकी क्षमता के साथ मिलकर, पैकेजिंग के लिए एक ऐसे मार्ग का सुझाव देती है जो भोजन की रक्षा करती है लेकिन ग्रह पर बोझ नहीं डालती। शोधकर्ताओं ने पाया कि झिल्ली ने हीटिंग और कूलिंग के कई चक्रों के दौरान अपनी प्रभावशीलता बनाए रखी, जो यह दर्शाता है कि यह पैकेजिंग अनुप्रयोगों में बार-बार उपयोग के लिए पर्याप्त स्थिर है। सूर्य के प्रकाश की सरल शक्ति का उपयोग करके गर्मी उत्पन्न करने और एक प्राकृतिक, कंपोस्टेबल आधार को मिलाने के साथ, यह कार्य एक ऐसे भविष्य की ओर एक आशाजनक कदम है जहाँ खाद्य पैकेजिंग उतनी ही टिकाऊ है जितना कि वह भोजन जिसे वह सुरक्षित करती है।