Ganador 2021 Create the Future Tecnologías Sostenibles: Recubrimientos bionanocompuestos multifuncionales para frutas

RECUBRIMIENTOS BIONANOCOMPUESTOS MULTIFUNCIONALES PARA FRUTAS

Sylvia Jung, Nancy Cui, Neethu Pottackal, Pulickel M. Ajayan y Muhammad M. Rahman, Universidad Rice, Houston, TX

Ganador de una Workstation HP

El hambre y la subnutrición crónica afectan a más de 800 millones de personas en el mundo mientras un tercio de los alimentos producidos mundialmente se desperdicia. Esto es especialmente evidente con productos frescos, en los que casi el 40-50% de los cultivos se desperdician. Reducir este desperdicio tiene un tremendo potencial ya que incluso una disminución del 15% podría significar alimentar a 25 millones más de personas.

Limitaciones del encerado comercial actual

Entre tecnologías comerciales, el método más común para preservar productos perecederos es el encerado — aplicar un recubrimiento artificial con conservantes basados en ácidos grasos. Pero su falta de lavabilidad y la presencia de compuestos potencialmente tóxicos plantean riesgos de efectos adversos en salud humana y medio ambiente.

Solución: recubrimiento nanocompuesto proteico, comestible, lavable, biodegradable

La solución descrita aquí es un recubrimiento nanocompuesto conformal, multifuncional, basado en proteínas, de biomateriales baratos o de desecho fácilmente disponibles. El recubrimiento ofrece una combinación de propiedades que satisface múltiples requisitos de preservación como flexibilidad del material, comestibilidad, lavabilidad, efectividad, biodegradabilidad y apariencia.

Composición: proteína de albúmina de clara de huevo, nanocristales de celulosa, curcumina

El recubrimiento está compuesto principalmente de proteína poli(albúmina) derivada de clara de huevo y nanocristal de celulosa de pulpa de madera, junto con varios modificadores biocompatibles. Su síntesis comienza con una combinación de proteína de clara de huevo, yema de huevo y glicerol que forman una película fuerte y comestible. Añadir curcumina mejora las propiedades antimicrobianas y antioxidantes que reducen el crecimiento microbiano y permiten el intercambio óptimo de gases en el microambiente, disminuyendo oxígeno y aumentando dióxido de carbono para mantener frescura. Los nanocristales de celulosa reducen aún más la permeancia de agua y gas.

Estudios de preservación: frutas recubiertas mantienen apariencia y firmeza >1 semana

Estudios de preservación revelaron que después de 8-11 días post-compra, todas las frutas sin recubrimiento mostraban pardeamiento enzimático y descomposición mientras las muestras recubiertas retenían apariencia y firmeza por más de una semana. Estudios in-vitro confirmaron la comestibilidad del recubrimiento. En contraste con recubrimientos de cera, el recubrimiento es fácilmente lavable y proporciona una apariencia visual brillante. Su facilidad de procesamiento conduce a su alto potencial para producción masiva de bajo costo.

Potencial de mercado: empaque comestible $679M para 2025, alternativa a premium orgánico

La invención podría capturar el potencial del mercado de empaque comestible, estimado en $679 millones para 2025. Tiene el potencial de mitigar el 17-65% de costo premium para productos orgánicos y proporcionar una alternativa asequible para consumidores conscientes de salud.

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Lea Q&A exclusivo web de Tech Briefs con el investigador principal del equipo.

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MENCIONES HONORÍFICAS

Transistor Termoiónico

John Read y Daniel Sweeney, Space Charge, San Diego, CA

La conversión directa térmica-a-eléctrica tiene potencial para reemplazar motores de combustión interna y turbinas en casi todas las aplicaciones eléctricas. El Transistor Termoiónico usa fuerza electromagnética para crear dispositivos electrodinámicos que pueden tomar casi cualquier factor de forma, en casi cualquier entorno.

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Optimización Aerodinámica de Turbinas Eólicas

John Maris, Marinvent Corp., Quebec, Canadá

El Monitor de Rendimiento de Aerofolio Mejorado monitorea directamente el estrés aerodinámico local en cada pala de una turbina eólica y transmite condiciones inalámbrica y en tiempo real a la estación de control de la turbina. Detecta las más pequeñas perturbaciones de flujo y dispara alarmas cuando se superan umbrales.

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Reciclaje de Electrodos de Ión-Litio

Donna Baek, Tedd Lister y Luis Diaz Aldana, Laboratorio Nacional Idaho, Idaho Falls, ID

Este proceso lixivia cobalto y otros constituyentes valiosos de electrodos de baterías de iones de litio a temperatura ambiente con tiempos de reacción cortos. Usa materiales baratos, puede escalarse fácilmente y usa menos químicos de entrada.

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Creando un Mañana Mejor Reutilizando Carbón

PD Madden, Eco Energy International, Tustin, CA

Esta tecnología convierte material basado en carbono directamente en hidrógeno puro. El equipo es modular, permitiéndole ubicarse cerca de usuarios finales. El proceso reduce gases de efecto invernadero normalmente emitidos de vertederos y quema de carbón sin dañar el medio ambiente.

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Vea el resto de los ganadores de este año:

• GANADOR GRAN PREMIO
• AEROESPACIAL Y DEFENSA
• AUTOMOTRIZ/TRANSPORTE
• DISEÑO DE PRODUCTO DE CONSUMO
• ELECTRÓNICA/SENSORES/IOT
• MANUFACTURA/ROBÓTICA/AUTOMATIZACIÓN
• MÉDICO