تهیه و مشخصه‌یابی پوشش زیست تخریب‌پذیر ضد میکروبی بر پایه نشاسته تقویت شده با آلوئه‌ورا/نانوکیتوزان برای بسته‌بندی نان
محورهای موضوعی : نانوموادمریم زارعی 1 , علی حسنی 2 , زهرا هجری 3
1 - گروه مهندسی شیمی، واحد قوچان، دانشگاه آزاد اسلامی، قوچان، ایران
2 - گروه شیمی و علوم محیط زیست، دانشگاه فناوری نیوجرسی، نیوآرک، نیوجرسی، آمریکا
3 - گروه مهندسی شیمی، واحد قوچان، دانشگاه آزاد اسلامی، قوچان، ایران
کلید واژه: ضد میکروبی, آلوئه‌ورا, نشاسته ذرت, نانوذرات کیتوزان, زیست تخریب‌پذیر,
چکیده مقاله :
در تحقیق حاضر، فیلم ضد میکروبی زیست تخریب‌پذیر بر پایه نشاسته ذرت به روش ریخته‌گری محلول تهیه شد. در ساختار این فیلم، از آلوئه‌ورا و نانوذرات کیتوزان به عنوان عوامل تقویت کننده و ضد میکروبی و از گلیسرول به عنوان ماده نرم کننده استفاده گردید. اثر مقدار نانوکیتوزان در سه سطح (0، 5/2 و 5%) و آلوئه‌ورا در سه سطح (0، 10، %20) بر ویژگی‌های مورفولوژیکی، مکانیکی، شفافیت، تراوش‌پذیری نسبت به بخار آب و نیز خاصیت ضد باکتریایی بر روی باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی فیلم‌های تولید شده مورد بررسی قرار گرفتند. قطر هیدرودینامیکی نانوذرات کیتوزان سنتز شده در محدوده 40 تا nm 60 تعیین گردید. نتایج آزمون‌های مکانیکی نشان دادند که صمغ آلوئه‌ورا موجب کاهش و نانوذره کیتوزان باعث افزایش استحکام کششی فیلم نانوکامپوزیتی (تا 38/29%) گردیدند. در فیلم حاوی هر دو عامل، افزایش استحکام کششی به میزان 92/4% و ازدیاد طول 104% نسبت به نمونه شاهد مشاهده شد. به منظور بررسی خاصیت ضد باکتریایی فیلم‌های تهیه شده، تاثیر فیلم بر روی دو نوع باکتری پاتوژن مواد غذایی اشرشیاکلی و استافیلوکوکوس‌اورئوس مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل حاکی از آن بود که با افزایش غلظت نانوذرات کیتوزان و آلوئه‌ورا خواص ضد باکتریایی فیلم تولید شده افزایش یافته بطوریکه فیلم حاوی 5% نانوکیتوزان و 20% آلوئه‌ورا بیشترین خاصیت ضد باکتریایی را از خود نشان داد. بر اساس نتایج بدست آمده فعالیت ضد باکتریایی نانوکامپوزیت حاوی آلوئه‌ورا و نانوکیتوزان موجب افزایش قطر هاله عدم رشد باکتری اشرشیاکلی تا حدود 65/44% شده است در حالی که در مورد استافیلوکوکوس‌اورئوس به 5/78% هم رسید.
[2] M. Zhai, F. Yoshi, T. Kume, Radiation modification of starch – based plastic sheets. Carbohydrate Polymers, 52, 2003, 311-317.
[3] K. Majdzadeh-Ardakani, A. Navarchian, F. Sadeghi, Optimization of mechanical properties of thermoplastic starch/clay nanocomposites, Carbohydrate Polymers, 79, 2010, 547-554.
[4] A. Bromand, Z. Emam-Djomeh, M. Hamidi, S.H. Razavi, Antimicrobial, water vapour permeability, mechanical and Thermal properties of casein Zataraia multiflora Bioss. Extract containing film. LWT-Food science and technology, 44, 2011, 2316-2323.
[5] M. Avella, J.J. De Vlieger, M.E. Errico, S. Fischer, P. Vacca, M.G. Volpe, Biodegradable starch/clay nanocomposites films for food packaging applications, J. of Food Chemistry, 93, 2005, 467-474.
[6] H.R. Bolin, C.C. Huxsoll, Control of Minimally Processed Carrot (Daucus carota) Surface Discoloration Caused by Abrasion Peeling. Journal of food science, 56(2), 1998, 416-422.
[7] P. Espitia, W. XianDu, R. Bustillos, N. Soares, T. McHugh, Edible films from pectin: Physical-mechanical and antimicrobial properties – A review, Article in Food Hydrocolloids, 35, 2014, 287-296.
[8] S. Shankar, J. Rhim, Bio-Nanocomposites for Food Packaging Applications, Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, 2019.
[9] J.P. Paula, F.S. Nilda, F. Reinaldo, S. Jane, R.C. Sélia, M. Débora, A.B. Rejane, O.C. Sukarno, J.A. Nélio, A.A. Eber, Physical–mechanical and antimicrobial properties of anocomposites films with pediocin and ZnO nanoparticles, J carbohydrate polymers, 94, 2013, 199-208.
[10] O.A. Silva, Michelly G. Pellá, Matheus G. Pellá, J. Caetano, D.C. Dragunski, Synthesis and characterization of a low solubility edible film based on native cassava starch, International Journal of Biological Macromolecules, 128, 2019, 290-296.
[11] I. Shahabi-Ghahfarrokhi, V. Goudarzi, A. Babaei-Ghazvini, Production of starch based biopolymer by green photochemical reaction at different UV region as a food packaging material: Physicochemical characterization, International Journal of Biological Macromolecules, 122, 2019, 201-209.
[12] W. Xie, P. Xu, W. Wang, Q. Liu, Preparation and antibacterial activity of a water-soluble chitosan derivative, Carbohydrate polymers, 50, 2002, 35-40.
[13] C. Damm, H. Munstedt, A. Rosch, Long-term antimicrobial polyamide 6/silver-nanocomposites, J. of Materials Science, 42, 2007, 6067-6073.
[14] Y. Liu, X. Wang, F. Yang, X. Yang, Excellent antimicrobial properties of mesoporous anatase Tio2 and Ag/Tio2 composite films, J. of Microporous and Mesoporous Materials, 114, 2008, 431-439.
[15] Y. Chung, S. Ansari, L. Estevez, H. Lai, Preparation and properties of biodegradable starch–clay nanocomposites, Carbohydrate Polymers, 79(2), 2010, 391-396.
[16] S. Sayanjali, B. Ghanbarzadeh, S. Ghiassifar, Evaluation of antimicrobial and physical properties of edible film based on carboxymethyl cellulose containing potassium sorbate on some mycotoxigenic Aspergillus, LWT – Food Science and Technology, 44, 2011, 1133-1138.
[17] A.T. Changa, R. Frias Jr, L.V. Alvarez, U.G. Bigol, J.D. Guzman, Comparative antibacterial activity of commercial chitosan and chitosan extracted from Auriculariasp, Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 17, 2019, 189-195.
[18] W. Cao, L. Yue, Zh. Wang, High antibacterial activity of chitosan – molybdenum disulfide nanocomposites, Carbohydrate Polymers, 215, 2019, 226-234.
[19] F. Xie, E. Pollet, P. Halley, L. Avérous, Starch-based nano-biocomposites, Progress in Polymer Science, 38, 2013, 1590-1628.
[20] M. Rasouli, M. Koushesh Saba, A. Ramezanian, Inhibitory effect of salicylic acid and Aloe vera gel edible coating on microbial load and chilling injury of orange fruit, Scientia Horticulturae, 247, 2019, 27-34.
[21] N. Aghamohamadi, N. SharifiSanjani, R. FaridiMajidi, S. AhmadNasrollahi, Preparation and characterization of Aloe vera acetate and electrospinning fibers as promising antibacterial properties materials, Materials Science and Engineering: C, 94, 2019, 445-452.
[22] N. Magalhães, C. Andrade, Thermoplastic corn starch/clay hybrids: Effect of clay type and content on physical properties, Carbohydrate Polymers, 75, 2009, 712-718.
[23] D. Schlemmer, R. Angélica, M. Sales, Morphological and thermomechanical characterization of thermoplastic starch/montmorillonite nanocomposites, Composite Structures, 92, 2010, 2066-2070.
[24] T. Gutiérrez, A. Ponce, V. Alvarez, Nano-clays from natural and modified montmorillonite with and without added blueberry extract for active and intelligent food nanopackaging materials, Materials Chemistry and Physics, 194, 2017, 283-292.
[25] A. Giannakas, M. Vlacha, C. Salmas, A. Leontiou, Preparation, characterization, mechanical, barrier and antimicrobial properties of chitosan/PVOH/clay nanocomposites, Carbohydrate Polymers, 140, 2016, 408-415.
[26] سید محسن اصغری، ساناز ابراهیمی سامانی، زهرا سراج، خسرو خواجه، سامان حسینخانی، "بهینه سازی سنتز نانوذرات کیتوزان"، زیست فناوری دانشگاه تربیت مدرس، دوره 4، شماره 2، 1392.
[27] V. Sessini, M. Arrieta, J. Kenny, L. Peponi, Processing of edible films based on nanoreinforced gelatinized starch, Polymer Degradation and Stability, 132, 2016, 157-168.
[28] V. Campos-Requena, B. Rivas, M. Pérez, C. Figueroa, Thermoplastic starch/clay nanocomposites loaded with essential oil constituents as packaging for strawberries – In vivo antimicrobial synergy over Botrytis cinerea, Postharvest Biology and Technology, 129, 2017, 29-36.
[29] M. Divandari, J. Campbell, Mechanisms of bubble trail formation in castings, Trans. AFS, 109, 2001, 433-442.
[30] بابک قنبرزاده ، هادی الماسی، "نانو کامپوزیت های بیو پلیمری زیست تخریب پذیر: روشهای تولید و ویژگیها"، فصلنامه دنیای نانو، شماره 15، 1388، 20-10.
[31] H. Tian, K. Wang, D. Liu, J. Yan, A. Xiang, A. Rajulu, Enhanced mechanical and thermal properties of poly (vinyl alcohol)/corn starch blends by nanoclay intercalation, International Journal of Biological Macromolecules, 101, 2017, 314-320.
[32] سبا بلقیسی، محمدحسین عزیزی، گیتی ظهوریان، زهرا هادیان، "ارزیابی خواص فیزیکی فیلم خوراکی پروتئین آب پنیر- منوگلیسرید و اثر پوشش دهی آن بر افت رطوبت و ویژگی های حسی گوشت تازه گوسفند"، مجله علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران، سال سوم، شماره 3، 1387، 93-83.
[33] A. Edhirej, S. Sapuan, M. Jawaid, N. Zahari, Cassava/sugar palm fiber reinforced cassava starch hybrid composites: Physical, thermal and structural properties, International Journal of Biological Macromolecules, 101, 2017, 75-83.
[34] هما بقایی، فریماه آقایی، ناصر صداقت، محبت محبی، "بررسی اثر افزودن اسانس سیر بر ویژگی های مکانیکی، فیزیکوشیمیایی، میکروبی و حسی فیلم خوراکی تهیه شده از ایزوله پروتئین سویا" پژوهشهای علوم و صنایع غذایی ایران, دوره 8, شماره 3, سال 1391, صفحات 287-279.
[35] M. Lai, P. Liu, H. Lin, Y. Luo, H. Li, X. Wang, R. Sun, Interaction between chitosan-based clay nanocomposites and cellulose in a chemical pulp suspension, Carbohydrate Polymers, 137, 2016, 375-381.
[36] P. Cazón, G. Velazquez, J. Ramírez, M. Vázquez, Polysaccharide-based films and coatings for food packaging, Food Hydrocolloids, 68, 2017, 136-148.
[37] S. Chang, H. Lai, Effect of trisodium citrate on swelling property and structure of cationic starch thin film, Food Hydrocolloids, 56, 2016, 254-265.
[38] فریده طباطبایی یزدی، بهروز علیزاده بهبهانی، علیرضا وسیعی، سحر روشنک، سید عل مرتضوی، "تولید پوشش خوراکی ضد میکروبی بر پایه موسیلاژ دانه بارهنگ کبیر در ترکیب با اسانس گلپر: بررسی ویژگیها و کاربرد آن در گوشت گاو نگهداری شده در دمای یخچال"، فصلنامه میکروبیولوژی کاربردی در صنایع غذایی، شماره 3، 1396، 21-1.
_||_[2] M. Zhai, F. Yoshi, T. Kume, Radiation modification of starch – based plastic sheets. Carbohydrate Polymers, 52, 2003, 311-317.
[3] K. Majdzadeh-Ardakani, A. Navarchian, F. Sadeghi, Optimization of mechanical properties of thermoplastic starch/clay nanocomposites, Carbohydrate Polymers, 79, 2010, 547-554.
[4] A. Bromand, Z. Emam-Djomeh, M. Hamidi, S.H. Razavi, Antimicrobial, water vapour permeability, mechanical and Thermal properties of casein Zataraia multiflora Bioss. Extract containing film. LWT-Food science and technology, 44, 2011, 2316-2323.
[5] M. Avella, J.J. De Vlieger, M.E. Errico, S. Fischer, P. Vacca, M.G. Volpe, Biodegradable starch/clay nanocomposites films for food packaging applications, J. of Food Chemistry, 93, 2005, 467-474.
[6] H.R. Bolin, C.C. Huxsoll, Control of Minimally Processed Carrot (Daucus carota) Surface Discoloration Caused by Abrasion Peeling. Journal of food science, 56(2), 1998, 416-422.
[7] P. Espitia, W. XianDu, R. Bustillos, N. Soares, T. McHugh, Edible films from pectin: Physical-mechanical and antimicrobial properties – A review, Article in Food Hydrocolloids, 35, 2014, 287-296.
[8] S. Shankar, J. Rhim, Bio-Nanocomposites for Food Packaging Applications, Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, 2019.
[9] J.P. Paula, F.S. Nilda, F. Reinaldo, S. Jane, R.C. Sélia, M. Débora, A.B. Rejane, O.C. Sukarno, J.A. Nélio, A.A. Eber, Physical–mechanical and antimicrobial properties of anocomposites films with pediocin and ZnO nanoparticles, J carbohydrate polymers, 94, 2013, 199-208.
[10] O.A. Silva, Michelly G. Pellá, Matheus G. Pellá, J. Caetano, D.C. Dragunski, Synthesis and characterization of a low solubility edible film based on native cassava starch, International Journal of Biological Macromolecules, 128, 2019, 290-296.
[11] I. Shahabi-Ghahfarrokhi, V. Goudarzi, A. Babaei-Ghazvini, Production of starch based biopolymer by green photochemical reaction at different UV region as a food packaging material: Physicochemical characterization, International Journal of Biological Macromolecules, 122, 2019, 201-209.
[12] W. Xie, P. Xu, W. Wang, Q. Liu, Preparation and antibacterial activity of a water-soluble chitosan derivative, Carbohydrate polymers, 50, 2002, 35-40.
[13] C. Damm, H. Munstedt, A. Rosch, Long-term antimicrobial polyamide 6/silver-nanocomposites, J. of Materials Science, 42, 2007, 6067-6073.
[14] Y. Liu, X. Wang, F. Yang, X. Yang, Excellent antimicrobial properties of mesoporous anatase Tio2 and Ag/Tio2 composite films, J. of Microporous and Mesoporous Materials, 114, 2008, 431-439.
[15] Y. Chung, S. Ansari, L. Estevez, H. Lai, Preparation and properties of biodegradable starch–clay nanocomposites, Carbohydrate Polymers, 79(2), 2010, 391-396.
[16] S. Sayanjali, B. Ghanbarzadeh, S. Ghiassifar, Evaluation of antimicrobial and physical properties of edible film based on carboxymethyl cellulose containing potassium sorbate on some mycotoxigenic Aspergillus, LWT – Food Science and Technology, 44, 2011, 1133-1138.
[17] A.T. Changa, R. Frias Jr, L.V. Alvarez, U.G. Bigol, J.D. Guzman, Comparative antibacterial activity of commercial chitosan and chitosan extracted from Auriculariasp, Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 17, 2019, 189-195.
[18] W. Cao, L. Yue, Zh. Wang, High antibacterial activity of chitosan – molybdenum disulfide nanocomposites, Carbohydrate Polymers, 215, 2019, 226-234.
[19] F. Xie, E. Pollet, P. Halley, L. Avérous, Starch-based nano-biocomposites, Progress in Polymer Science, 38, 2013, 1590-1628.
[20] M. Rasouli, M. Koushesh Saba, A. Ramezanian, Inhibitory effect of salicylic acid and Aloe vera gel edible coating on microbial load and chilling injury of orange fruit, Scientia Horticulturae, 247, 2019, 27-34.
[21] N. Aghamohamadi, N. SharifiSanjani, R. FaridiMajidi, S. AhmadNasrollahi, Preparation and characterization of Aloe vera acetate and electrospinning fibers as promising antibacterial properties materials, Materials Science and Engineering: C, 94, 2019, 445-452.
[22] N. Magalhães, C. Andrade, Thermoplastic corn starch/clay hybrids: Effect of clay type and content on physical properties, Carbohydrate Polymers, 75, 2009, 712-718.
[23] D. Schlemmer, R. Angélica, M. Sales, Morphological and thermomechanical characterization of thermoplastic starch/montmorillonite nanocomposites, Composite Structures, 92, 2010, 2066-2070.
[24] T. Gutiérrez, A. Ponce, V. Alvarez, Nano-clays from natural and modified montmorillonite with and without added blueberry extract for active and intelligent food nanopackaging materials, Materials Chemistry and Physics, 194, 2017, 283-292.
[25] A. Giannakas, M. Vlacha, C. Salmas, A. Leontiou, Preparation, characterization, mechanical, barrier and antimicrobial properties of chitosan/PVOH/clay nanocomposites, Carbohydrate Polymers, 140, 2016, 408-415.
[26] سید محسن اصغری، ساناز ابراهیمی سامانی، زهرا سراج، خسرو خواجه، سامان حسینخانی، "بهینه سازی سنتز نانوذرات کیتوزان"، زیست فناوری دانشگاه تربیت مدرس، دوره 4، شماره 2، 1392.
[27] V. Sessini, M. Arrieta, J. Kenny, L. Peponi, Processing of edible films based on nanoreinforced gelatinized starch, Polymer Degradation and Stability, 132, 2016, 157-168.
[28] V. Campos-Requena, B. Rivas, M. Pérez, C. Figueroa, Thermoplastic starch/clay nanocomposites loaded with essential oil constituents as packaging for strawberries – In vivo antimicrobial synergy over Botrytis cinerea, Postharvest Biology and Technology, 129, 2017, 29-36.
[29] M. Divandari, J. Campbell, Mechanisms of bubble trail formation in castings, Trans. AFS, 109, 2001, 433-442.
[30] بابک قنبرزاده ، هادی الماسی، "نانو کامپوزیت های بیو پلیمری زیست تخریب پذیر: روشهای تولید و ویژگیها"، فصلنامه دنیای نانو، شماره 15، 1388، 20-10.
[31] H. Tian, K. Wang, D. Liu, J. Yan, A. Xiang, A. Rajulu, Enhanced mechanical and thermal properties of poly (vinyl alcohol)/corn starch blends by nanoclay intercalation, International Journal of Biological Macromolecules, 101, 2017, 314-320.
[32] سبا بلقیسی، محمدحسین عزیزی، گیتی ظهوریان، زهرا هادیان، "ارزیابی خواص فیزیکی فیلم خوراکی پروتئین آب پنیر- منوگلیسرید و اثر پوشش دهی آن بر افت رطوبت و ویژگی های حسی گوشت تازه گوسفند"، مجله علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران، سال سوم، شماره 3، 1387، 93-83.
[33] A. Edhirej, S. Sapuan, M. Jawaid, N. Zahari, Cassava/sugar palm fiber reinforced cassava starch hybrid composites: Physical, thermal and structural properties, International Journal of Biological Macromolecules, 101, 2017, 75-83.
[34] هما بقایی، فریماه آقایی، ناصر صداقت، محبت محبی، "بررسی اثر افزودن اسانس سیر بر ویژگی های مکانیکی، فیزیکوشیمیایی، میکروبی و حسی فیلم خوراکی تهیه شده از ایزوله پروتئین سویا" پژوهشهای علوم و صنایع غذایی ایران, دوره 8, شماره 3, سال 1391, صفحات 287-279.
[35] M. Lai, P. Liu, H. Lin, Y. Luo, H. Li, X. Wang, R. Sun, Interaction between chitosan-based clay nanocomposites and cellulose in a chemical pulp suspension, Carbohydrate Polymers, 137, 2016, 375-381.
[36] P. Cazón, G. Velazquez, J. Ramírez, M. Vázquez, Polysaccharide-based films and coatings for food packaging, Food Hydrocolloids, 68, 2017, 136-148.
[37] S. Chang, H. Lai, Effect of trisodium citrate on swelling property and structure of cationic starch thin film, Food Hydrocolloids, 56, 2016, 254-265.
[38] فریده طباطبایی یزدی، بهروز علیزاده بهبهانی، علیرضا وسیعی، سحر روشنک، سید عل مرتضوی، "تولید پوشش خوراکی ضد میکروبی بر پایه موسیلاژ دانه بارهنگ کبیر در ترکیب با اسانس گلپر: بررسی ویژگیها و کاربرد آن در گوشت گاو نگهداری شده در دمای یخچال"، فصلنامه میکروبیولوژی کاربردی در صنایع غذایی، شماره 3، 1396، 21-1.