Uw favoriete etenswaren en dranken kunnen binnenkort nog beter smaken, dankzij nieuwe berekeningen ontwikkeld bij A*STAR. Een belangrijke bron van smaakverlies voor voedsel en drank zijn aromamoleculen die worden geabsorbeerd in de polymere verpakkingsmaterialen die worden gebruikt om de producten te bewaren. Onderzoekers hebben nu een methode ontwikkeld om de absorptie van aromamoleculen snel te voorspellen door polymeren te verpakken.

Het experimenteel meten van het verlies van smaakmoleculen en andere organische verbindingen in hun polymeerverpakking is moeilijk en traag, legt Jianwei Zheng van het A*STAR Institute of High Performance Computing uit. "De concentratie van organische verbindingen zoals smaakmoleculen in een drank is erg verdund, " zegt hij. En het absorptieproces van de drank in het polymeer kan een paar maanden duren om evenwicht te bereiken, hij voegt toe.

Zheng en zijn collega's werkten samen met onderzoekers van de Coca-Cola Company in Atlanta, VS, om een ​​snellere methode te ontwikkelen. Het team ontwikkelde een wiskundige berekening om snel te voorspellen in hoeverre de verpakking organische moleculen zou opnemen uit de drankproducten die ze bevatten.

Het team heeft een bekend model van polymeereigenschappen aangepast, voor het eerst ontwikkeld in de jaren 1940, genaamd Flory-Higgins theorie. Dit wiskundige model is oorspronkelijk ontwikkeld om het menggedrag van een polymeer met een oplosmiddel te beschrijven.

Om het model aan te passen zodat het het menggedrag van polymeren met organische verbindingen zou kunnen beschrijven, zoals aromamoleculen, het team combineerde Flory-Higgins-theorie met groepsbijdragemethoden (GCM). "Groepsbijdragemethoden gaan ervan uit dat de eigenschappen van een stof de som zijn van de bijdragen van alle samenstellende chemische groepen, " legt Zheng uit. Dus de eigenschappen van het molecuul CH ₃ -CH ₂ -CH ₂ -COOH, bijvoorbeeld, kan worden berekend door de eigenschappen van één CH . op te tellen ₃ groep, twee CH ₂ groepen en één COOH-groep. "De gegevens van elke groep worden meestal geschat op basis van experimentele gegevens, "zegt Zheng.

In het geval van voedselverpakkingen, de berekening voorspelt in wezen de mate waarin een bepaald aromamolecuul zal oplossen in een bepaald polymeer door het optellen van de vermenging van elke chemische component van het polymeer met elke chemische component van het aromamolecuul.

Het team testte zijn aanpak met aromamoleculen zoals limoneen en eugenol, en polymeren zoals PET en PVC. "De berekening is erg snel, en de resultaten kwamen overeen met de beschikbare experimentele gegevens, "zegt Zheng.

De onderzoekers zijn nu bezig met het verfijnen en uitbreiden van hun aanpak, "het verfijnen van parameters voor groepsbijdragen en het opbouwen van de database voor meer groepen, " hij voegt toe.