Vencedor 2021 Create the Future - Tecnologias Sustentáveis: Revestimentos de Frutas Bionanocompósitos Multifuncionais

REVESTIMENTOS DE FRUTAS BIONANOCOMPÓSITOS MULTIFUNCIONAIS

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

Vencedor de uma Workstation HP

Fome e subnutrição crônica impactam mais de 800 milhões de pessoas no mundo, enquanto um terço dos alimentos produzidos mundialmente é desperdiçado. Isso é especialmente evidente com produtos frescos, nos quais quase 40 a 50% das colheitas são desperdiçadas. Reduzir este desperdício tem tremendo potencial, pois mesmo uma diminuição de 15% poderia significar alimentar 25 milhões de pessoas a mais.

Limitações da Cera Comercial Atual

Entre tecnologias comerciais, o método mais comum para preservar produtos perecíveis é encerar — aplicar um revestimento artificial com conservantes baseados em ácidos graxos. Mas sua falta de lavabilidade e a presença de compostos potencialmente tóxicos representam riscos de efeitos adversos na saúde humana e no meio ambiente.

Solução: Revestimento Proteico Conformal Nanocompósito

A solução descrita aqui é um revestimento nanocompósito conformal, multifuncional, baseado em proteína, de biomateriais baratos ou de resíduos prontamente disponíveis. O revestimento oferece uma combinação de propriedades que satisfaz múltiplos requisitos de preservação, como flexibilidade do material, comestibilidade, lavabilidade, eficácia, biodegradabilidade e aparência.

Composição: Proteína de Albumina, Nanocristais de Celulose, Curcumina

O revestimento é primariamente composto por proteína poli(albumina) derivada de clara de ovo e nanocristal de celulose de polpa de madeira, junto com vários outros modificadores biocompatíveis. Sua síntese começa com uma combinação de proteína de clara de ovo, gema de ovo e glicerol que formam um filme forte e comestível. Adicionar curcumina melhora as propriedades antimicrobianas e antioxidantes que reduzem crescimento microbiano e permitem a troca ideal de gases no microambiente, diminuindo oxigênio e aumentando dióxido de carbono para manter frescor. Nanocristais de celulose reduzem ainda mais a permeância de água e gás.

Estudos de Preservação e Comestibilidade

Estudos de preservação revelaram que após 8-11 dias pós-compra, todas as frutas não revestidas mostraram escurecimento enzimático e apodrecimento, enquanto as amostras revestidas mantiveram aparência e firmeza por mais de uma semana. Estudos in-vitro confirmaram a comestibilidade do revestimento. Em contraste a revestimentos de cera, o revestimento é facilmente lavável e fornece aparência visual brilhante. Sua facilidade de processamento leva a seu alto potencial para produção em massa de baixo custo.

Potencial de Mercado

A invenção poderia capturar o potencial do mercado de embalagens comestíveis, estimado em atingir $679 milhões até 2025. Tem potencial para mitigar o custo premium de 17 a 65% para produtos orgânicos e fornecer uma alternativa acessível para consumidores conscientes de saúde.

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Leia Q&A exclusivo da Tech Briefs com o pesquisador líder da equipe.

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MENÇÕES HONROSAS

Transistor Termiônico

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

Conversão direta de energia térmica para elétrica tem potencial para substituir motores de combustão interna e turbinas em quase todas as aplicações elétricas. O Transistor Termiônico usa força eletromagnética para criar dispositivos eletrodinâmicos que podem assumir quase qualquer formato, em quase qualquer ambiente.

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Otimização Aerodinâmica de Turbinas Eólicas

John Maris, Marinvent Corp., Quebec, Canadá

O Monitor de Desempenho de Aerofólio Aprimorado monitora diretamente o estresse local do aerofólio em cada lâmina de uma turbina eólica e transmite condições sem fio e em tempo real para a estação de controle da turbina. Detecta as menores perturbações de fluxo de ar e dispara alarmes quando limites são excedidos.

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Reciclagem de Eletrodos de Íon-Lítio

Donna Baek, Tedd Lister, e Luis Diaz Aldana, Idaho National Laboratory, Idaho Falls, ID

Este processo lixivia cobalto e outros constituintes valiosos de eletrodos de bateria de íon-lítio à temperatura ambiente com tempos de reação curtos. Usa materiais baratos, pode ser facilmente escalado, e usa menos químicos de entrada.

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Criando um Amanhã Melhor Reaproveitando Carvão

PD Madden, Eco Energy International, Tustin, CA

Esta tecnologia converte material baseado em carbono diretamente em hidrogênio puro. O equipamento é modular, permitindo localização perto de usuários finais. O processo reduz gases de efeito estufa normalmente emitidos de aterros e queima de carvão sem prejudicar o meio ambiente.

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Veja o resto dos vencedores deste ano:

• VENCEDOR DO GRANDE PRÊMIO
• AEROESPACIAL & DEFESA
• AUTOMOTIVO/TRANSPORTE
• DESIGN DE PRODUTO DE CONSUMO
• ELETRÔNICA/SENSORES/IOT
• MANUFATURA/ROBÓTICA/AUTOMAÇÃO
• MÉDICO