하이드로겔은 의학, 화장품, 조직 공학에서 식품과 농업에 이르기까지 다양한 분야에서 널리 사용되는 재료이다. 천연적으로 공급된 폴리머 기반 하이드로겔은 생체 적합성, 물리적 기계적 및 환경 친화적인 특성으로 인해 합성 형태에 비해 이점을 제공한다. 그들의 안전성, 생분해성, 그리고 상대적으로 저렴한 비용은 과학자들의 관심을 끄는 또 다른 바람직한 특징들이다. 이스라엘 리숀 르시온의 농업연구기구의 미리 클라인과 엘레나 포베 레노프는 최근 식량농업 학회지에 게재된 리뷰에서 식품과 농업을 중심으로 다양한 산업에 적용되는 다양한 자연원료 고분자 기반 하이드로겔에 대한 종합적인 개요를 제공하였다. 고문을 하다 이들은 공유 결합 및 비공유 결합 방법을 포함하여 사용되는 중합체 가교 기술로 이동하기 전에 물질, 즉 단백질, 다당류 및 이들의 조합에 통합된 상이한 생체 중합체들을 도입하는 것으로 시작한다. 마지막으로, 그들은 이러한 하이드로겔이 어떻게 음식과 농업에 적용될 수 있는지에 대한 예시를 제공한다.
단백질, 다당류 또는 둘의 조합
단백질은 식품에서 발견되는 영양소 및 캡슐화를 강화하는 작용기를 갖는 아미노산의 공급원으로 비타민, 항산화제, 프로바이오틱스 등의 건강상 이로운 물질을 전달할 수 있는 하이드로겔을 제조하기 위한 안전하고 생체 적합한 중합체로 간주된다. 이들의 작용기가 생체적합성 및 생분해성과 함께 물리 화학적 상호작용을 가능하게 하기 때문에, 녹말, 키틴, 펙틴과 같은 다당류는 안전하고 독성이 없는 하이드로겔 물질의 형성을 위해 널리 이용 가능한 중합체로 간주된다. 단백질과 다당류의 조합을 사용하여, 과학자들은 또한 두 중합체 유형의 바람직한 특성을 특징으로 하는 복합 물질을 만들 수 있다.
가교 방법
단백질 기반 하이드로 겔의 경우, 물질은 일반적으로 공유 결합 이황화 결합이 때때로 발생하지만 수소 결합을 통해 단백질 간의 비공유 결합을 통해 형성됩니다. 연결이 필요한 고분자 사슬의 경우, 디알데히드 글리 옥살 및 글루 타르 알데히드와 같은 합성 가교제를 사용하여 사슬을 공유 결합시킬 수 있지만, 이는 고분자의 화학 구조 및 특성을 변화시키고 결정 성이 형성되는지 여부에 영향을 줄 수 있습니다. 평론가들은 합성 가교제에 대한 선호되는 대안은 과일과 채소에서 발견되는 자연적으로 발생하는 가교제로 친환경적이며 우수한 안전성 프로파일을 가지고 있다고 말합니다. 이러한 천연 가교제의 예는 아래에 설명되어 있다. 생약에서 천연 가교제로 널리 사용되는 aglycone인 Genipin은 Gardenia Fruit에서 발견됩니다. 과학자들은 글리 옥살과 글루 타르 알데히드 대신에 그것을 사용하여 고분자 사슬을 공유 결합시켰다. 포베 레노프와 클라인은 키토산 기반의 하이드로겔을 만들기 위해 제니 핀을 사용한 연구자들이 제니 핀의 농도가 높을수록 친수성이 높아진다는 것을 발견한 연구를 말한다. 또 다른 연구는 신체의 접근하기 어려운 부분에 전달될 수 있는 키토산 나노 젤을 만들기 위해 제니 핀을 사용했다. 나노 젤은 환경 자극에도 빠르게 반응했다. 한 연구에서는 페놀 탄닌산을 사용하여 젤라틴의 성능을 향상했고 다른 연구에서는 페놀 카페인산을 사용하여 열에 노출되었을 때 역전되지 않은 성질의 젤라틴 하이드로 겔을 만들었습니다. 리뷰어가 언급한 또 다른 연구는 폴리 페놀 프로 시아니 딘을 사용하여 콜라겐을 수정하고 미세 피 브릴 응집을 유도하여 콜라겐 필름의 소수성을 증가시키고 수증기로의 투과성을 감소시켰습니다.
식품 및 농업 분야의 응용
이러한 천연 고분자 기반 하이드로 겔의 사용은 식품 및 농업 분야의 응용 분야에서 일하는 과학자들의 관심을 점점 더 포착하고 있습니다. 농업에서는 토양과 물을 보다 효율적으로 사용하고 환경적 위협을 제기하지 않고 농산물의 특성을 향상하기 위해 비료의 통제된 전달에 사용될 수 있습니다. 토양에서의 수분 손실을 최소화하면 건조한 토양에서 자란 식물의 경우에도 자라야 하는 식물을 먹일 수 있습니다. 고도로 흡수되도록 설계된 하이드로 겔은 관개, 침식 및 물 유출과 같은 농업에서 발생하는 문제를 해결할 수 있습니다. 그들의 초흡수성은 또한 토양 폭기와 미생물의 활동을 증가시킬 수 있다. 식품 산업에서 이러한 하이드로 겔은 포장이 항균 활성을 갖도록 하고 식품에서 방출되는 수분을 흡수하며 저장 시간을 연장하도록 적용될 수 있습니다. 연구팀은 이 분야에서 광범위한 진전이 이루어졌지만, 현재 생물고분자 기반의 하이드로겔은 주로 생물의학 분야에서 사용되고 있다고 말한다. "식량과 농업 분야에서의 구현을 위해 최적화와 비용 효율적인 고려 사항을 포함하여보다 집중적인 연구가 필요하다"라고 결론지었다.
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