Design of Biodegradable, Climate-Specific Packaging Materials That Sense Food Spoilage and Extend Shelf Life

食物腐败 食品包装 活性包装 保质期 材料科学 食物系统 食物垃圾 纳米技术 食品科学 废物管理 化学 粮食安全 工程类 生物 生态学 农业 遗传学 细菌
作者
Yangyang Han,Song Wang,Yunteng Cao,Gajendra Singh,Suh In Loh,Cheerlavancha Raju,Mervin Chun-Yi Ang,Duc Thinh Khong,Patrina Wei Lin Chua,Peiying Ho,Michael S. Strano,Benedetto Marelli
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (9): 8333-8344 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c12747
摘要

The AgriFood systems in tropical climates are under strain due to a rapid increase in human population and extreme environmental conditions that limit the efficacy of packaging technologies to extend food shelf life and guarantee food safety. To address these challenges, we rationally designed biodegradable packaging materials that sense spoilage and prevent molding. We nanofabricated the interface of 2D covalent organic frameworks (COFs) to reinforce silk fibroin (SF) and obtain biodegradable membranes with augmented mechanical properties and that displayed an immediate colorimetric response (within 1 s) to food spoilage, using packaged poultry as an example. Loading COF with antimicrobial hexanal also mitigated biotic spoilage in high-temperature and -humidity conditions, resulting in a four-order of magnitude decrease in the total amount of mold growth in soybeans packaged in silk-COF, when compared to cling film (i.e., polyethylene). Together, the integration of sensing, structural reinforcement, and antimicrobial agent delivery within a biodegradable nanocomposite framework defines climate-specific packaging materials that can decrease food waste and enhance food safety.
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