مشخصات

عنوان: تولید بسته بندی فعال ضدمیکروبی برپایه سیستم سوئیچ بیولوژیک و بررسی کارایی آن در برابر میکروارگانیسم های منتخب

گروه تخصصی:  کشاورزی و منابع طبیعی

سازمان مجری:  واحد استان خراسان رضوی 

گروه پژوهشی: افزودنی های غذایی

پژوهشگران: 
تاریخ خاتمه:  اردیبهشت 1394

کارفرما: 

خروجی طرح: 
 
تلفن: 8762000-8795530-0511

نشانی سازمان مجری: مشهد، میدان آزادی، صندوق پستی: 1376-91775
 

چکیده:

سیستم سوئیچ بیولوژیک از جمله نوآوری های ایجاد شده در زمینه بسته بندی های فعال با هدف افزایش مدت نگهداری مواد غذایی و همزمان حفظ کیفیت ممتاز و مطلوب فراورده غذایی است. در این پژوهش امکان استفاده از رنگدانه های طبیعی کورکومین، بیکسین و نوربیکسین به عنوان نگهدارنده های ایمن و طبیعی در تولید بسته بندی فعال ضدمیکروب مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا کورکومین از ریزوم زردچوبه و بیکسین از دانه آناتو استخراج شد و نوربیکسین از صابونی کردن بیکسین به دست آمد. پس از انجام آزمون های شناسایی، تاثیرات ضد میکروبی کورکومین، بیکسین و نوربیکسین در برابر میکروارگانیسم های استافیلوکوکوس اورئوس، اشرشیاکولی و لیستریا اینوکوا به روش تعیین قطر هاله بازدارنده و اندازه گیری میزان MIC و MBC بررسی شده و وجود اثرات سینرژیستی احتمالی بین آن ها، به روش تعیین FICI و ترسیم ایزوبولوگرام مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور حفاظت ماده نگهدارنده در برابر اکسیداسیون، نور و فعل و انفعالات نابهنگام با دیگر عناصر، از تکنیک سوئیچ بیولوژیک برای تولید بسته بندی استفاده شد. برای تولید فیلم پایه، فیلم های تک جزئی از نشاسته های مختلف اصلاح شده، فیلم های دوجزئی از ترکیب نشاسته با زئین، کندر و PVA و در نهایت فیلم های سه جزئی نشاسته /زئین/PVA ساخته شدند. پس از مقایسه کلیه ویژگی های فیزیکی، مکانیکی، اپتیکی و آزمون حساسیت آنزیمی، فرمولاسیون بهینه کامپوزیت تعیین شد. در ادامه، بیکسین در کامپوزیت پلیمرها پوشش داده شده و کارایی ضدمیکروبی فیلم های تولید شده و حساسیت آن در برابر سویه های مورد آزمون مورد ارزیابی قرار گرفت. درنهایت کامپوزیت موردنظر با فیلم بسته بندی صنعتی از جنس پلی اتیلن با دانسیته پایین، مخلوط و بسته بندی نهایی تولید شد. آزمون های تکمیلی شامل طیف سنجی مادون قرمز (FTIR)، آنالیز رفتار حرارتی (TGA)، بررسی پراش پرتو ایکس (XRD) و بررسی ریزساختار با استفاده از SEM، بر روی فیلم کامپوزیت بهینه و فیلم های نهایی انجام شد. در مجموع مطابق نتایج به دست آمده در میان سه ترکیب طبیعی مورد آزمون، بیکسین در برابر میکروارگانیسم های منتخب، تاثیر بازدارندگی بیشتری نسبت به دو ماده دیگر داشت. بیکسین و کورکومین بر روی دو باکتری اشرشیاکولی و لیستریا اینوکوا اثرات بازدارندگی یکدیگر را تضعیف نموده و حالت آنتاگونیستی نشان دادند ((FICI>4، اما حضور هم زمان آن ها در محیط کشت، اثرات هم افزایی بازدارندگی بر باکتری استافیلوکوکوس-اورئوس داشت ((FICI≤0.5 در میان فیلم های مختلف نشاسته، فیلم نشاسته معمولی به دلیل پایداری بالاتر در آب و محلول های اسیدی و قلیایی و نیز ویژگی های مکانیکی قوی تر عملکرد بهتری داشت. افزودن PVA به نشاسته، سبب بهبود ویژگی های مکانیکی و افزودن زئین به آن، سبب کاهش حلالیت در آب فیلم های حاصل می شود. فرمولاسیون بهینه کامپوزیت سه جزئی به صورت 85% نشاسته، 10% زئین و PVA %5 با میزان مطلوبیت معادل 98% تعیین شد. فرمولاسیون بیوسوئیچ طراحی شده، کارایی مناسبی در خصوص انتشار ماده ضدمیکروب داشت و فیلم های تهیه شده با غلظت200ppm بیکسین، هاله بازدارنده موثر در برابر هر سه میکروارگانیسم تشکیل دادند. فیلم نهایی فرموله شده با LDPE در برابر استافیلوکوکوس اورئوس موثر عمل کرده و اثرات ضدمیکروبی نشان داد.



کلیدواژگان: کورکومین، بیکسین، زئین، PVA، ایزوبولوگرام، FTIR، پراش پرتوایکس

 
 
Title: Development of antimicrobial active packaging based on bioswitch concept and study on its efficiency against selected microorganisms

Abstract:

Bio-switch is one of the new innovations in active packaging in order to extend shelf life of food products and preserve their best quality. In this research, the possibility of using curcumin, bixin and norbixin as a natural and safe preservatives in developing antimicrobial film for food packaging was investigated. First of all, curcumin and bixin were extracted from turmeric and annatto seeds respectively by maceration. To prepare the water-soluble norbixin, bixin was saponified. In order to study the antibacterial efficacy of curcumin, bixin and norbixin against S.aureus, E.coli and L. Innocoa, the extracts were identified and their inhibition zones, MIC and MBC were determined against selected bacteria. The probable synergistic effects were evaluated using fractional inhibitory concentration (FIC) index and isobologram curves. Bio switch technique was used to protect the preservative from oxidation, light and undesirable interaction with other food components. In order to formulate the composite, single component films from different modified starch, two components films from starch with Zein, PVA and Olibanum and finally, three components films of starch/zein/PVA were made. All physical, optical, mechanical and enzymatic sensitivity tests were performed and results compared to determine the optimum formulation of composite. Bixin was then incorporated to composite and antimicrobial efficacies of films against selected bacteria were evaluated. At the end, composite was mixed with industrial polymer of LDPE and final film packaging was produced. Supplementary tests including FTIR, TGA, XRD and microstructure studies using SEM were performed on optimum composite and final films. According to the results, bixin showed more significant inhibitory effects against selected bacterial strains than other natural pigments. Synergetic effects were observed by curcumin and bixin combination against S.aureus (FICI 0.5), but they acts as antagonist against E.coli and L. Innocoa. Simple corn starch films showed better performance due to higher stability in water and acidic and alkaline solutions and stronger mechanical properties among other kinds of starch films. Incorporating PVA into starch improved its mechanical properties, also zein at the starch film formulation can reduce the water solubility of mixed films. Optimum formulation of three components films was determined as 85% starch, 10% zein and 5% PVA, respectively with desirability of %98. Formulated bio-switch showed appropriate performance at realease of antimicrobial agents and films containing 200 ppm of bixin formed inhibition zones against all three microorganisms. Final films formulated with LDPE were effective against S.aureus and showed significant antibacterial activity.



Keyword(s): Curcumin, Bixin, Zein, PVA, FTIR, XRD, Isobologram