신선오이의 유통기한 연장 및 세균증식 억제를 위한 키틴나노섬유 코팅제 개발

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13195(2023) 이 기사 인용

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일회용 포장재로 석유 기반 폴리머가 널리 사용되면서 환경에 해로운 영향을 미쳤습니다. 여기서 우리는 신선한 오이의 유통기한을 연장하고 표면의 병원성 박테리아의 성장을 지연시키는 지속 가능한 키틴 나노섬유(ChNF) 코팅을 개발했습니다. 다양한 정도의 아세틸화를 갖는 ChNF는 NaOH를 사용하여 0-480분의 처리 시간으로 탈아세틸화를 통해 성공적으로 제조되었으며 기계적 블렌딩을 사용하여 제세동되었습니다. 탈아세틸화 반응 시간이 길어질수록 키틴 분자의 더 많은 아세트아미도 그룹(-NHCOCH3)이 아미노 그룹(-NH2)으로 전환되어 ChNF에 항균 특성을 부여했습니다. ChNF 형태는 탈아세틸화 반응 시간에 의해 영향을 받았습니다. 240분 동안 탈아세틸화된 ChNF는 평균 폭이 9.0 nm이고 길이가 최대 수 μm인 반면, 평균 폭이 7.3 nm이고 평균 길이가 222.3 nm인 막대 모양 구조의 ChNF는 480분의 반응 시간으로 얻어졌습니다. 또한, 우리는 오이의 유통기한을 연장하기 위한 독립형 ChNF 코팅을 시연했습니다. 막대형 구조의 ChNF와 비교하여, 120분 및 240분 탈아세틸화된 ChNF는 원섬유형 구조를 나타냈으며, 이는 저장 중 오이의 수분 손실과 외부 표면의 박테리아 성장 속도를 상당히 지연시켰습니다. 120분 및 240분 동안 탈아세틸화된 ChNF로 코팅된 오이는 4.6% day-1의 체중 감소율을 보인 코팅되지 않은 오이에 비해 ⁓ 3.9% day-1의 더 낮은 체중 감소율을 나타냈습니다. 이러한 재생 가능한 ChNF가 제공하는 보호 효과는 음식물 쓰레기와 석유 기반 포장재 사용을 줄일 수 있는 유망한 잠재력을 가지고 있습니다.

일반적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET) 등 석유계 고분자로 만들어지는 식품 포장은 외부의 물리적, 미생물적, 화학적으로 식품을 보호하는 중요한 역할을 합니다. 피해1,2,3. 결과적으로 식품의 품질과 신선도가 유지되고 음식물 쓰레기가 줄어듭니다4,5. 코로나19 팬데믹으로 인해 더욱 중요해진 이러한 이점으로 인해 전 세계 식품 포장 산업은 2027년까지 4,640억 달러 규모에 달할 것으로 추산됩니다6,7. 화석 기반 포장의 높은 소비와 시간 소모적인 분해 역학은 매립 폐기물, 온실가스 배출 및 미세 플라스틱4,8,9,10의 형태로 환경과 야생 동물에 부정적인 영향을 미쳤습니다. 따라서 친환경적이고 생분해성이 있는 포장재의 개발은 실용적인 대안으로 상당한 주목을 받고 있다6,9,11,12,13. 다당류, 지질, 단백질과 같은 생체고분자는 생분해성, 생체적합성 및 무독성으로 인해 포장 부문에서 유망한 재료입니다3,7,9.

키틴(폴리(β-(1-4)-N-아세틸-d-글루코사민))은 셀룰로오스 다음으로 지구상에서 두 번째로 풍부한 생체 고분자이며 화학적 안정성, 생체 적합성, 생분해성, 무독성 및 기계적 성질17,18. 키틴은 새우, 게, 바다가재를 포함한 절지동물의 외골격에서 발견되는 단백질 매트릭스에 내장된 미세섬유 구조를 가진 반결정성 중합체입니다. 각 키틴 미세섬유는 폭이 2~5 nm이고 길이가 최대 수 μm인 나노섬유로 구성됩니다. 키틴 나노섬유(ChNF)는 영률이 ⁓ 40 GPa, 강도는 1.6 GPa, 밀도는 1~1.3 kg m−3으로 우수한 성능을 나타냅니다. 더욱이 ChNF 필름은 ChNF의 높은 결정 구조로 인해 상업용 PP, PE 및 PET 필름보다 훨씬 더 나은 차단 특성(O2 및 CO2)을 갖는 것으로 보고되었습니다23,24,25. 생분해성 및 지속 가능성과 관련된 이러한 뛰어난 특성으로 인해 ChNF는 나노복합체, 멤브레인, 약물, 코팅 및 기능성 식품과 같은 다양한 응용 분야에서 널리 사용되었습니다.