Als vers gekochte bananen in een volle fruitmand worden bewaard, dan blijven ze niet lang geel. Slechts een paar dagen later, de kromme vruchten krijgen een bruinachtige kleur en worden eerder weggegooid dan gegeten. De reden voor deze snelle rijping is het chemische ethyleen. Het gasvormige plantenhormoon functioneert niet alleen als een boodschapperstof in een individuele vrucht, maar beïnvloedt ook andere exemplaren in de buurt. Ethyleen veroorzaakt een heuse kettingreactie door de aanmaak van (meer) ethyleen in andere planten en vruchten te stimuleren. En meer ethyleen betekent een snellere rijping. Daarom, fruit zoals appels die bijzonder veel ethyleen uitstoten, veroorzaken voortijdige rijping in, zeggen, banaan, die een bijzonder sterke reactie vertoont als reactie op het hormoon. Bij het samen bewaren van dit levensmiddel, snelle rijping kan een ongewenste bijwerking worden. Fruit kan niet zo lang worden bewaard, wat niet alleen leidt tot voedselverlies thuis in de koelkast, maar ook in de hele keten van importeur tot groot- en detailhandel.

Platina voor langzamere rijping

Om het versnelde rijpingsproces tegen te gaan, ethyleen moet uit de buurt van groenten en fruit worden gehouden. Voor dit doeleinde, Empa / ETH Zürich-onderzoekers Huizhang Guo en Mirko Lukovic hebben een idee ontwikkeld om ethyleen af ​​te breken dat vrijkomt door groenten en fruit. Het concept is gebaseerd op een gedelignificeerde houtstructuur verrijkt met een katalysator die op atomair niveau gedispergeerd is. Hout bestaat uit drie basisstoffen:cellulose, hemicellulose en lignine. De onderzoekers gebruikten een protocol ontwikkeld in het lectoraat Wood Materials Science aan de ETH Zürich en Empa en losten met behulp van een zuuroplossing zowel lignine, bindmiddel van hout, en een deel van de hemicelluloses. Dit maakt de resterende cellulosestructuur extreem poreus met een zeer groot specifiek oppervlak. Deze eigenschappen maken het gedelignificeerde hout een perfecte natuurlijke steiger voor een katalysator.

In een volgende stap, het gedelignificeerde hout wordt in twee verschillende oplossingen gebracht. De eerste vormt de fundering zodat de platinadeeltjes zich later aan de celwanden van het hout kunnen hechten; de tweede bevat de platinadeeltjes, die vervolgens in de houtstructuur terechtkomen.

Dit concept is vergelijkbaar met het concept dat wordt gebruikt in automotoren. Wanneer ethyleen door deze poreuze structuur stroomt, het "botst" herhaaldelijk op aan het oppervlak gebonden platina dat de afbraak van ethyleen in water en koolstofdioxide katalyseert (CO ₂ ). Het Empa-team kon laten zien dat, op kamertemperatuur, de katalysator ontleedt vrijwel al het uitgestoten plantenhormoon. Als de temperatuur daalt tot 0 graden, echter, water - een van de reactieproducten - kan niet meer verdampen, aan de katalysator kleven en elke verdere chemische reactie voorkomen. Om de katalysator uit de gecondenseerde waterlaag te verwijderen en hem weer te laten werken, het is voldoende om de hele structuur om de twee uur een paar minuten op te warmen, zegt Lukovic.

Deze resultaten demonstreren de functionaliteit van het met katalysator verrijkte gemodificeerde hout. De volgende stap zou een opschaling van het concept naar industriële niveaus zijn, zeggen de onderzoekers. Grotere en in massa geproduceerde versies van hun prototype zouden kunnen worden geïnstalleerd in koelkasten en koelhuizen, waardoor het rijpingsproces wordt vertraagd en groenten en fruit aanzienlijk langer vers blijven. Bovendien, de levensduur van een dergelijke katalysator kan even lang zijn als de levensduur van de koelkast zelf.

Pionier al op de markt

Het concept om ethyleen katalytisch af te breken om de houdbaarheid van fruit te verlengen is niet nieuw; sinds 2015, het Japanse bedrijf Hitachi produceert koelkasten die zijn uitgerust met platinakatalysatoren. Hitachi gebruikt silica als raamwerk voor de platina-nanodeeltjes. De Empa-onderzoekers hebben dit concept verbeterd door gebruik te maken van een op hout gebaseerde steiger en een efficiënter gebruik van de (vrij dure) platinakatalysator. Delignified hout is een milieuvriendelijke en hernieuwbare grondstof met een opmerkelijk poreuze en hiërarchische structuur. Hierdoor kunnen platina nanodeeltjes van 20 nanometer groot gelijkmatig en efficiënt worden verdeeld in een zeer klein volume om het gewenste katalytische effect te bereiken. Bovendien, de bij Empa ontwikkelde technologie vermijdt een mogelijke contaminatie van het levensmiddel met platina nano/microdeeltjes door de katalysator op het oppervlak van de poreuze houtstructuur te fixeren.