Лед, который не тает

Неважно, колотый он или в кубиках, обычный лёд в конце концов тает и превращается в лужу. Однако альтернатива под названием гелевый лёд лишена этого недостатка. Исследователи Цзяхань Цзоу и Ган Сан разработали одноэтапный процесс создания этого многоразового и компостируемого материала из желатина — того самого компонента, что содержится в желеобразных десертах. Поскольку замёрзший гелевый лёд не протекает при оттаивании, он идеально подходит для пищевых логистических цепочек и транспортировки медицинских препаратов. Команда также исследует белковые структуры для создания безопасных пищевых покрытий и основ для искусственного мяса.

Проект гель-льда начался с вопроса, заданного Цзоу и Сану Люсинь Ван, специалистом по пищевым наукам из Калифорнийского университета в Дэвисе. Ван увидела, как тает лёд в витринах с морепродуктами в продуктовых магазинах, и её обеспокоило, что талая вода может распространять болезнетворные микроорганизмы и загрязнять всю витрину. Она спросила, смогут ли исследователи создать многоразовый материал, который выполняет функции обычного льда, но не образует потенциально загрязнённую лужу.

Вдохновением для нового материала послужило замороженное тофу. Сан, материаловед также из UC Davis, курировавший аспирантские исследования Цзоу, поясняет: «Замороженное тофу удерживает воду внутри, но когда вы его размораживаете, оно воду высвобождает. Итак, мы попытались решить эту проблему с помощью другого материала: желатина».

Белки желатина обладают двумя необходимыми исследователям свойствами: они безопасны для пищевых продуктов, а их длинные цепочки связываются вместе, образуя гели с мельчайшими порами, которые удерживают воду, в отличие от тофу. Первые испытания гелей, изготовленных из этого натурального полимера (также называемого биополимером), прошли успешно. Вода оставалась внутри пор, проходя фазовые переходы из жидкости в лёд и обратно, не повреждая структуры и не просачиваясь наружу.

За годы работы Цзоу оптимизировала рецептуру и методы производства гелей на основе желатина. Теперь у неё есть практичный одноэтапный процесс создания гель-льда, который на 90% состоит из воды и который можно многократно мыть водой или разбавленным отбеливателем, замораживать и размораживать. Охлаждающий материал мягкий и податливый при комнатной температуре. Но при охлаждении ниже точки замерзания воды, 0 градусов по Цельсию, он переходит в более твёрдое, устойчивое состояние.

«По сравнению с обычным льдом той же формы и размера, гелевый лёд обладает до 80% эффективности охлаждения — то есть количества тепла, которое гель может поглотить при фазовом переходе. И мы можем использовать материал повторно, сохраняя его способность поглощать тепло в течение множества циклов заморозки-оттаивания, что является преимуществом по сравнению с обычным льдом»,

— говорит Цзоу, которая расскажет об этом подробнее, представляя новейшую версию гель-льда на конференции.

Команда может производить гелевый лёд в плитах весом 0,45 килограмма, аналогичных продающимся гелевым хладопакетам в громоздких пластиковых чехлах. Однако новый охлаждающий материал имеет преимущества перед охлаждающими пакетами или сухим льдом: ему можно придать любую форму или дизайн, и он поддается компостированию. В одном из экспериментов компостированный гель улучшил рост растений томата при внесении в почву. И поскольку охлаждающий материал не содержит синтетических полимеров, он не создаёт микропластик.

Цзоу и Сан заявляют, что гелевый лёд, хотя изначально был разработан для сохранения продуктов питания, показывает перспективы для медицинских перевозок, биотехнологий и использования в регионах с ограниченными запасами воды для получения льда.

В настоящее время на технологию гель-льда выданы лицензии. Цзоу надеется, что это означает, что охлаждающий материал станет доступен потребителям в качестве альтернативы льду, не образующей талую воду, безопасной для контакта с пищевыми продуктами и компостируемой. Хотя она признаёт, что ещё предстоит провести этапы анализа рынка, разработки дизайна продукта и испытаний крупномасштабного производства, прежде чем его можно будет коммерциализировать.

Но пока гелевый лёд на основе желатина прокладывает путь на рынок, Цзоу также заинтересовалась другими натуральными биополимерами. Она расширила свои исследования на растительные белки, являющиеся побочными продуктами сельского хозяйства, такие как соевые белки, для создания более экологичных материалов. Её фокус смещается в сторону разработки соевых белков для съёмных покрытий для столешниц и клеточных каркасов для культивируемого мяса. Она расскажет об этой работе подробнее на конференции.

«В ходе своих исследований я осознала, насколько могущественна природа в создании биополимеров и какие огромные возможности они предлагают», — говорит Цзоу. «Я верю, что появятся удивительные продукты, полученные из биополимеров, поскольку сами материалы учат нас, как с ними работать».