Разработка активного упаковочного материала на основе крахмала с использованием в качестве антимикробной добавки масляного экстракта гвоздики

Введение: При возрастающей нагрузке на окружающую среду увеличивается потребность в отказе от использования химических веществ в качестве антимикробных агентов в упаковочной промышленности, что вызывает необходимость поиска инновационных природных решений для замены этих веществ. В рамках данного исследования были разработаны упаковочные материалы на основе крахмала с введением натуральной антимикробной добавки, которые могут стать ответом на эту проблему. Использование новых экологически чистых материалов позволяют продлить срок хранения пищевых продуктов, обеспечивая сохранность и безопасность. 

Цель: Разработка активной упаковочной пленки из биополимера с введением в неё гвоздичного эфирного масла, определение антимикробных свойств полученного полимерного материала.

Материалы и методы: В данной работе пленку на основе крахмала готовили механическим перемешиванием исходных реагентов с введением эфирного масла различной концентрации. Далее определяли антимикробные свойства полимерного упаковочного материала диско – диффузным методом в соответствии с МУК 4.2.1890-04 по отношению к (Bacillus subtilis), (Escherichia coli), (Candida albicans) и (Aspergillus niger), также был проведен эксперимент по определению способности пленок с эфирным маслом снижать количество КМАФАнМ на поверхности колбасных изделий при их хранении.

Результаты: Было установлено, что образцы упаковочной пленки на основе крахмала с эфирным маслом гвоздики обладают антимикробной активностью по отношению к Escherichia coli, Bacillus subtilis, Candida albicans, Aspergillus niger и снижают количество колоний микроорганизмов на поверхности пищевого продукта.

Выводы: Разработанный материал имеет высокий потенциал использования в пищевой промышленности, поскольку позволяет улучшить качество и безопасность продуктов, в частности колбасных изделий, а также снизить количество пластиковых синтетических упаковочных материалов, оказывающих негативное влияние на окружающую среду. Полученный материал с антимикробными свойствами может быть использован для упаковки различных пищевых продуктов.

1. Пономарева, Е. И., Молохова, Е. И., & Холов, А. К. (2015). Применение эфирных масел в фармации. Современные проблемы науки и образования, 4, 567.

2. Ashrafudoulla, Md., Mizan, Md. F. R., Park, Si H., & Ha, SD. (2020). Current and future perspectives for controlling Vibrio biofilms in the seafood industry: a comprehensive review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 61(2), 456–794. https://doi.org/10.1080/10408398.2020.1767031

3. Atar´es, L., & Chiralt, A. (2016). Essential oils as additives in biodegradable films and coatings for active food packaging. Trends in Food Science and Technology, 48, 51–62.

4. Basch, E, Gasparyan, A, Giese, N, Hashmi, S, Miranda, M, Sollars, D, Seamon, E, Tanguay-Colucci, S, Ulbricht, C, Varghese, M,Vora, M, & Weissner, W. (2008). Clove (Eugenia aromatica) and clove oil (eugenol). Journal Diet Suppl, 5, 117–146. https://doi.org/10.1080/19390210802335391

5. Batiha, G. E., Alkazmi, L. M., Wasef, L. G., Beshbishy, A. M., Nadwa, E. H., & Rashwan, E. K. (2020). Syzygium aromaticum L. (Myrtaceae): Traditional uses, bioactive chemical constituents, pharmacological and toxicological activities. Biomolecules, 10, 202. https://doi.org/10.3390/biom10020202

6. El-Baky, R. M. A., & Shawky, Z. (2016). Eugenol and linalool: Comparison of their antibacterial and antifungal activitiesAfrican Journal of Microbiology Research, 10(44), 1860–1872. https://doi.org/10.5897/AJMR2016.8283

7. Fangjun, L., & Zhijia, Y. (2018). Tumor suppressive roles of eugenol in human lung cancer cells. Thorac. Cancer, 9, 25–29. https://doi.org/10.1111/1759-7714.12508

8. Gökalp, F. (2016). A study on the chemical properties of eugenol and eugenol acetate, clove essential oils. Sigma Journal of Engineering and Natural Sciences, 34 (3), 407–414.

9. Jeyakumar, G. E., & Lawrence, R. (2021). Mechanisms of bactericidal action of Eugenol against Escherichia coli. Journal of Herbal Medicine, 26, 100406. https://doi.org/10.1016/j.hermed.2020.100406

10. Kamatou, G. P., Vermaak, I., & Viljoen, A. M. (2012). Eugenol — from the remote Maluku Islands to the international market place: A review of a remarkable and versatile molecule. Molecules, 17(6), 6953–6981. https://doi.org/10.3390/molecules17066953

11. Matan, N., Rimkeeree, H., Mawson, A. J., Chompreeda, P., Haruthaithanasan, V., & Parker, M. (2006). Antimicrobial activity of cinnamon and clove oils under modified atmosphere conditions. Journal Food Microbiol, 107, 180–185. https://doi.org/10.3390/ijms22073671

12. Nejad, S. M., Özgüneş, H., & Başaran, N. (2017). Pharmacological and toxicological properties of Eugenol. Turkish Journal of Pharmaceutical Sciences, 14(2), 201–206. https://doi.org/10.4274/tjps.62207

13. Nuñez, L., & Aquino, M. D’. (2012). Microbicide activity of clove essential oil (Eugenia caryophyllata). Brazilian Journal of Microbiology, 43 (4), 1255–1260. https://doi.org/10.1590/S1517-83822012000400003

14. Ojagh, S. M., Rezaei, M., Razavi, S. H., & Hosseini, S. M. H. (2010). Development and evaluation of a novel biodegradable film made from chitosan and cinnamon essential oil with low affinity toward water. Food Chemistry, 122(1), 161–166. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.02.033

15. Pires, C., Ramos, C., Teixeira, B., Batista, I., Nunes, M. L., & Marques, A. (2013). Hake proteins edible films incorporated with essential oils: Physical, mechanical, antioxidant andantibacterial properties. Food Hydrocolloids, 30(1), 224–231. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2012.05.019

16. Raja, M. R C., Srinivasan, V., Selvaraj, S., & Mahapatra S. K. (2015). Versatile and synergistic potential of Eugenol: A review. Pharmaceutica Analytica Acta, 6 (5), 1000367. https://doi.org/10.4172/2153-2435.1000367

17. Sadekuzzaman, M., Yang, S., Mizan, M. F. R., & Ha SD. (2015). Current and recent advanced strategies for combating biofilms. Comprehensive Reviewsin Food Science and Food Safety, 14 (4), 491–509.https://doi.org/10.1111/1541-4337.12144

18. Sharma, S., Barkauskaite, S., Jaiswal, A. K., & Jaiswal, S. (2021). Essential oils as additives in active food packaging. Food Chemistry, 343, 128403.https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.128403

19. Shubham, S., Sandra, B., Brendan, D., Amit K. J., & Swarna, J. (2020). Characterization and antimicrobial activity of biodegradable active packaging enriched with clove and thyme essential oil for food packaging application. Foods,9, 1–16. https://doi.org/10.3390/foods9081117

20. Sienkiewicz, M., Denys, P., & Kowalcz, E. (2011). Antibacterial and immunostimulatory effect of essential oils.International Review of Allergology and Clinical Immunology,17(1), 40–44.

21. Silva, I. D. L., Andrade, M. F., Caetano, V. F., Hallwass, F., Brito, A. M. S. S., & Vinhas, G. M. (2020). Development of active PHB/PEG antimicrobial films incorporating clove essential oil. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 30(2), e2020021. https://doi.org/10.1590/0104-1428.09319

22. Tajkarimi, M. M., Ibrahim, S. A., & Cliver, D. O. (2010). Antimicrobial herb and spice compounds in food. Food Control, 21, 1199–2121. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2010.02.003

23. Ulanowska, M., & Olas, B. (2021). Biological properties and prospects for the application of Eugenol — A review. International Journal of Molecular Sciences, 22(7), 3671. https://doi.org/10.3390/ijms22073671

24. Walsh, S. E., Maillard, J.-Y., Russell, A. D., Catrenich, C. E., Charbonneau, D. L., & Bartola, R. G. (2003). Activity and mechanisms of action of selected biocidal agents on Gram-positive and -negative bacteria. Journal of Applied Microbiology, 94, 240–247.https://doi.org/10.1046/j.1365-2672.2003.01825.x

25. Wangwei, L., Rui, C., Bifen, Z., Yuyue, Q., Guiguang, C., Lin, L., & Minglong, Y. (2021). Influence of clove essential oil immobilized in mesoporous silica

26. nanoparticles on the functional properties of poly (lactic acid) biocomposite food packaging film. Journal of Materials Research and Technology, 11, 1152–1161. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.01.098

27. Wen, L., Liang, Yu., Lin, Z., Xie, D., Zheng, Z., Xu, C., & Lin, B. (2021). Design of multifunctional food packaging films based on carboxymethyl chitosan/polyvinyl alcohol crosslinked network by using citric acid as crosslinker. Polymer, 230,124048. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2021.124048