Будь то измельчённый лёд или лёд, нарезанный кубиками, в конечном итоге он растает и превратится в лужу, в отличие от так называемого желейного льда. Исследователи Цзяхань Цзоу и Ган Сан разработали процесс создания многоразового компостируемого материала из желатина — того же ингредиента, который используется в желейных десертах. Поскольку замороженный желейный лёд не растекается при таянии, он идеально подходит для поставок продуктов и транспортировки лекарств.
Инициатором проекта «желейный лёд» стало любопытство Цзоу и Сунь Люсин Ван, эксперта в области пищевых технологий из Калифорнийского университета в Дэвисе. Ван заметила, как лёд тает в витринах с морепродуктами в магазине, и выразила озабоченность тем, что образовавшаяся вода может стать источником распространения патогенов и загрязнения всей витрины. Она поставила вопрос о возможности разработки многоразового материала, который функционировал бы как обычный лёд, но не создавал бы потенциально опасную лужу.
Идея создания нового материала возникла благодаря процессу замораживания тофу. Сан, материаловед из Калифорнийского университета в Дэвисе, отмечает, что «замороженный тофу удерживает воду внутри, но при оттаивании она выходит наружу. В связи с этим мы решили использовать для решения этой задачи другой материал — желатин».
Желатиновые белки безопасны для употребления. Их длинные волокна переплетаются, формируя гидрогели с мелкими порами, способные удерживать воду, что отличает их от тофу. Начальные тесты гидрогелей, созданных из этого природного полимера, показали хорошие результаты. Вода оставалась в порах при переходе из жидкого состояния в твёрдое и обратно, при этом структура гидрогеля не нарушалась и вода не вытекала.
За годы исследований Цзоу усовершенствовала состав гидрогелей на основе желатина и технологии их изготовления. В результате у неё появился эффективный, упрощённый процесс получения желеобразного льда, состоящего на 90 % из воды и пригодного для многократной очистки водой или отбеливателем, а также для замораживания и размораживания. При комнатной температуре охлаждающий материал обладает мягкой консистенцией. Однако, при понижении температуры ниже точки замерзания воды, то есть до 0 градусов Цельсия, он приобретает более плотную структуру.
«Цзоу отмечает, что желейный лёд, имеющий ту же форму и размеры, что и обычный лёд, демонстрирует эффективность охлаждения до 80 %. Это связано с тем, что гель способен поглощать значительное количество тепла в процессе фазового перехода. Кроме того, материал можно использовать повторно, сохраняя его способность поглощать тепло на протяжении нескольких циклов замораживания и оттаивания, что является существенным преимуществом перед обычным льдом».
Производство желейного льда возможно в форме пластин весом 0,45 кг, что напоминает существующие охлаждающие гелевые пакеты. Однако новый материал обладает рядом преимуществ по сравнению с охлаждающими пакетами или сухим льдом: его можно формовать в различные конфигурации, и он биоразлагаем. В рамках одного из экспериментов компостированный гель стимулировал рост томатов при использовании в качестве почвенной добавки. Кроме того, благодаря отсутствию синтетических полимеров в составе охлаждающего материала, не ожидается образование микропластика.
Первоначально созданный для поддержания температуры продуктов, желеобразный лёд находит применение в медицинской логистике, биотехнологических процессах и в тех регионах, где не хватает воды для производства льда.
[Фото: UC Davis / Jiahan Zou and Gang Sun]