Όλοι μας έχουμε νιώσει την ενοχή όταν τα φρούτα και τα λαχανικά χαλάνε πριν προλάβουμε να τα φάμε.
Αυτό είναι σημαντικό, επειδή το πρόβλημα της σπατάλης τροφίμων ξεπερνά κατά πολύ τις σαλάτες μας. Περισσότερο από το 30% των τροφίμων παγκοσμίως χάνονται μετά τη συγκομιδή τους — αρκετά για να θρέψουν περισσότερους από 1 δισεκατομμύριο ανθρώπους. Η ψύξη είναι ο πιο συνηθισμένος τρόπος συντήρησης τροφίμων, αλλά απαιτεί ενέργεια και υποδομές που πολλές περιοχές του κόσμου δεν έχουν την οικονομική δυνατότητα ή δεν έχουν πρόσβαση.
Τώρα, ερευνητές από το MIT και τη Συμμαχία Έρευνας και Τεχνολογίας Σιγκαπούρης-MIT (SMART) έδειξαν ότι μπορούν να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής των συλλεγόμενων φυτών, εγχύοντάς τους μελατονίνη με βιοδιασπώμενες μικροβελόνες. Εκτός από το ότι βοηθά τους ανθρώπους να κοιμηθούν, η μελατονίνη είναι επίσης μια φυσική ορμόνη σε πολλά φυτά που τα βοηθά να ρυθμίζουν την ανάπτυξη και τη γήρανση. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι το σύστημά τους θα μπορούσε να προσφέρει μια εναλλακτική λύση ή ένα συμπλήρωμα στην ψύξη. Κεντρικό στοιχείο της προσέγγισής τους είναι τα κομμάτια από μεταξωτές μικροβελόνες. Οι μικροβελόνες μπορούν να διαπεράσουν το σκληρό, κηρώδες δέρμα των φυτών χωρίς να προκαλέσουν απόκριση στο στρες και να μεταφέρουν ακριβείς ποσότητες μελατονίνης στους εσωτερικούς ιστούς των φυτών.
«Αυτή είναι η πρώτη φορά που καταφέραμε να εφαρμόσουμε αυτές τις μικροβελόνες για να παρατείνουμε τη διάρκεια ζωής μιας φρεσκοκομμένης σοδειάς», λέει ο Benedetto Marelli, κύριος συγγραφέας της μελέτης, αναπληρωτής καθηγητής πολιτικής και περιβαλλοντικής μηχανικής στο MIT και διευθυντής της αποστολής Wild Cards του MIT Climate Project. «Σκεφτήκαμε ότι θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε αυτήν την τεχνολογία για να δημιουργήσουμε κάτι που θα μπορούσε να ρυθμίσει ή να ελέγξει τη φυσιολογία του φυτού μετά τη συγκομιδή. Τελικά, εξετάσαμε τις ορμόνες και η μελατονίνη χρησιμοποιείται ήδη από τα φυτά για τη ρύθμιση τέτοιων λειτουργιών. Τα τρόφιμα που σπαταλάμε θα μπορούσαν να θρέψουν περίπου 1,6 δισεκατομμύρια ανθρώπους. Ακόμα και στις ΗΠΑ, αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε μια μέρα να επεκτείνει την πρόσβαση σε υγιεινά τρόφιμα».
Για τη μελέτη, η οποία θα δημοσιευτεί στο Nano Letters, ο Marelli και ερευνητές από το SMART εφάρμοσαν μικρά κομμάτια από τις μικροβελόνες που περιείχαν μελατονίνη στη βάση του φυλλώδους λαχανικού pak choy. Μετά την εφαρμογή, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η μελατονίνη ήταν σε θέση να παρατείνει τη διάρκεια ζωής των λαχανικών κατά τέσσερις ημέρες σε θερμοκρασία δωματίου και 10 ημέρες όταν φυλάσσονταν στο ψυγείο, γεγονός που θα μπορούσε να επιτρέψει σε περισσότερες καλλιέργειες να φτάσουν στους καταναλωτές πριν σπαταληθούν.
Επί χρόνια, το εργαστήριο του Marelli διερευνά τη χρήση μικροβελόνων μεταξιού για πράγματα όπως η παροχή θρεπτικών συστατικών στις καλλιέργειες και η παρακολούθηση της υγείας των φυτών. Οι μικροβελόνες που κατασκευάζονται από πρωτεΐνη ινώδους μεταξιού είναι μη τοξικές και βιοδιασπώμενες, και η προηγούμενη εργασία του Marelli έχει περιγράψει τρόπους παρασκευής τους σε μεγάλη κλίμακα.
Για να ελέγξουν την ικανότητα της μικροβελόνας να παρατείνει τη διάρκεια ζωής των τροφίμων, οι ερευνητές ήθελαν να μελετήσουν την ικανότητά της να απελευθερώνει μια ορμόνη που είναι γνωστό ότι επηρεάζει τη διαδικασία γήρανσης. «Η δόση μελατονίνης που χορηγούμε είναι τόσο χαμηλή που μεταβολίζεται πλήρως από τις καλλιέργειες, επομένως δεν θα αύξανε σημαντικά την ποσότητα μελατονίνης που υπάρχει κανονικά στα τρόφιμα. Δεν θα καταναλώναμε περισσότερη μελατονίνη από το συνηθισμένο», λέει ο Marelli. «Επιλέξαμε το pak choy επειδή είναι μια πολύ σημαντική καλλιέργεια στην Ασία, αλλά και επειδή το pak choy είναι πολύ ευπαθές».
Σε θερμοκρασία δωματίου, τα φύλλα της ομάδας ελέγχου που δεν είχε υποστεί αγωγή άρχισαν να κιτρινίζουν μέσα σε δύο ή τρεις ημέρες. Την τέταρτη ημέρα, το κιτρίνισμα επιταχύνθηκε σε σημείο που τα φυτά πιθανότατα δεν μπορούσαν να πωληθούν. Αντίθετα, τα φυτά που υποβλήθηκαν σε αγωγή με τις μικροβελόνες μεταξιού γεμάτες μελατονίνη παρέμειναν πράσινα την πέμπτη ημέρα και η διαδικασία κιτρινίσματος καθυστέρησε σημαντικά. Η απώλεια βάρους και η μείωση της χλωροφύλλης των φυτών που υποβλήθηκαν σε αγωγή επιβραδύνθηκαν επίσης σημαντικά σε θερμοκρασία δωματίου. Συνολικά, οι ερευνητές εκτίμησαν ότι τα φυτά που υποβλήθηκαν σε αγωγή με μικροβελόνες διατήρησαν την πωλήσιμη αξία τους μέχρι την όγδοη ημέρα. Σε συνθήκες ψύξης περίπου 40 βαθμών Φαρενάιτ, το κιτρίνισμα των φυτών καθυστέρησε κατά περίπου πέντε ημέρες κατά μέσο όρο, με τα φυτά που υποβλήθηκαν σε θεραπεία να παραμένουν σχετικά πράσινα μέχρι την 25η ημέρα.
«Η φασματοφωτομετρική ανάλυση των φυτών έδειξε ότι τα φυτά που υποβλήθηκαν σε θεραπεία είχαν υψηλότερη αντιοξειδωτική δράση, ενώ η γονιδιακή ανάλυση έδειξε ότι η μελατονίνη πυροδότησε μια προστατευτική αλυσιδωτή αντίδραση μέσα στα φυτά, διατηρώντας τη χλωροφύλλη και προσαρμόζοντας τις ορμόνες για να επιβραδύνουν τη γήρανση», λέει η Monika Jangir, συν-πρώτη συγγραφέας και πρώην μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Εργαστήριο Επιστημών Ζωής Temasek.
«Μελετήσαμε τις επιδράσεις της μελατονίνης και είδαμε ότι βελτιώνει την απόκριση του φυτού στο στρες μετά το κόψιμό του, επομένως ουσιαστικά μειώνει το στρες που υφίσταται το φυτό και παρατείνει τη διάρκεια ζωής του», λέει ο Yangyang Han, συν-πρώτος συγγραφέας και ερευνητής στην διεπιστημονική ερευνητική ομάδα Disruptive and Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP) στο SMART.
Προς τη διατήρηση μετά τη συγκομιδή
Ενώ οι μικροβελόνες θα μπορούσαν να επιτρέψουν την ελαχιστοποίηση των αποβλήτων σε σύγκριση με άλλες μεθόδους εφαρμογής, όπως ο ψεκασμός ή η εμβάπτιση των καλλιεργειών, οι ερευνητές λένε ότι χρειάζεται περισσότερη δουλειά για την ανάπτυξη μικροβελόνων σε μεγάλη κλίμακα. Για παράδειγμα, παρόλο που οι ερευνητές εφάρμοσαν τα επιθέματα μικροβελόνων χειροκίνητα σε αυτό το πείραμα, τα επιθέματα θα μπορούσαν να εφαρμοστούν χρησιμοποιώντας τρακτέρ, αυτόνομα drones ή άλλο γεωργικό εξοπλισμό στο μέλλον. «Για να υιοθετηθεί ευρέως αυτό, θα πρέπει να φτάσουμε σε ένα όριο απόδοσης έναντι κόστους για να δικαιολογήσουμε τη χρήση του», εξηγεί ο Marelli. «Αυτή η μέθοδος θα πρέπει να γίνει αρκετά φθηνή ώστε να χρησιμοποιείται τακτικά από τους αγρότες».
Στο μέλλον, η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να μελετήσει τις επιδράσεις μιας ποικιλίας ορμονών σε διαφορετικές καλλιέργειες χρησιμοποιώντας την τεχνολογία χορήγησης μικροβελόνων. Η ομάδα πιστεύει ότι η τεχνική θα πρέπει να λειτουργεί με όλα τα είδη προϊόντων.«Θα συνεχίσουμε να αναλύουμε πώς μπορούμε να αυξήσουμε τον αντίκτυπο που μπορεί να έχει αυτό στην αξία και την ποιότητα των καλλιεργειών», λέει ο Marelli. «Για παράδειγμα, θα μπορούσε αυτό να μας επιτρέψει να διαμορφώσουμε τις θρεπτικές αξίες της καλλιέργειας, το σχήμα της, την υφή της κ.λπ.; Θα συνεχίσουμε επίσης να εξετάζουμε την κλιμάκωση της τεχνολογίας, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο χωράφι».
CIBUM
