Model forudsiger polymer mademballager tilbøjelighed til at absorbere aromamolekyler fra deres indhold

Dine yndlingsfødevarer og drikkevarer vil snart kunne smage endnu bedre, takket være nye beregninger udviklet på A*STAR. En væsentlig kilde til tab af smag til mad og drikke er fra aromamolekyler, der absorberes i de polymere emballagematerialer, der bruges til at opbevare produkterne. Forskere har nu udviklet en metode til hurtigt at forudsige absorption af aromamolekyler ved hjælp af emballeringspolymerer.

Eksperimentelt at måle tabet af smagsmolekyler og andre organiske forbindelser i deres polymeremballage er svært og langsomt, forklarer Jianwei Zheng fra A*STAR Institute of High Performance Computing. "Koncentrationen af ​​organiske forbindelser, såsom smagsmolekyler i en drik, er meget fortyndet, "siger han. Og absorptionsprocessen fra drikkevaren til polymeren kan tage et par måneder for at nå ligevægt, tilføjer han.

Zheng og hans kolleger gik sammen med forskere fra Coca-Cola Company i Atlanta, USA, at udvikle en hurtigere metode. Teamet udviklede en matematisk beregning til hurtigt at forudsige, i hvilken grad emballagen ville absorbere organiske molekyler fra de drikkevareprodukter, de indeholder.

Teamet tilpassede en velkendt model af polymeregenskaber, først udviklet i 1940'erne, kaldet Flory-Higgins teori. Denne matematiske model blev oprindeligt udviklet til at beskrive blandingsadfærden for en polymer med et opløsningsmiddel.

For at tilpasse modellen, så den kan beskrive blandingsadfærden mellem polymerer og organiske forbindelser, såsom aromamolekyler, teamet kombinerede Flory-Higgins teori med gruppebidragsmetoder (GCM). "Metoder til gruppebidrag antager, at et stofs egenskaber er summen af ​​bidrag fra alle kemiske grupper, "Forklarer Zheng. Så egenskaberne ved molekylet CH ₃ -CH ₂ -CH ₂ -COOH, for eksempel, kan beregnes ved at summere egenskaberne af en CH ₃ gruppe, to CH ₂ grupper og en COOH -gruppe. "Dataene for hver gruppe er normalt estimeret ud fra eksperimentelle data, "Siger Zheng.

I tilfælde af fødevareemballage, beregningen forudsiger i det væsentlige, i hvilket omfang et givet aromamolekyle vil opløses i en given polymer ved at summere blandingen af ​​hver kemisk komponent i polymeren med hver kemisk komponent i aromamolekylet.

Teamet testede sin tilgang ved hjælp af aromamolekyler som limonen og eugenol, og polymerer som PET og PVC. "Beregningen er meget hurtig, og resultaterne var i overensstemmelse med tilgængelige eksperimentelle data, "Siger Zheng.

Forskerne forfinerer og udvider nu deres tilgang, "finjustering af gruppebidragsparametre og opbygning af databasen til flere grupper, "tilføjer han.