Разработка биоразлагаемых активных материалов на основе полилактида, бактериальной наноцеллюлозы и растительных экстрактов

Введение. Одной из перспективных областей, где могут быть применены пищевые отходы, является производство активной упаковки для пищевых продуктов. На научных форумах происходит активный поиск модернизации известных биоматериалов с помощью полученных активных компонентов из вторичного сырья с высокой антирадикальностью. Данная статья

Цель. Разработка активной упаковочной пленки из биополимера с введением в неё растительного антиокислительного агента в композите с бактериальной наноцеллюлозой, определение физико-химических, антиокислительных свойств полученного биополимерного материала.

Материалы и методы. Объектами исследования являлись: растительный экстракт, получаемый из пищевых отходов (шелуха луковицы) чеснока Allium sativum, выращенного на территории Самарской области и собранного в период начала по конец сентября 2023 года; растительный экстракт, получаемый из жмыха бархатцев Tagetes erecta, выращенных на территории Самарской области и собранных в период начала по конец сентября 2023 года; растительный экстракт, получаемый из жмыха ягод барбариса Bérberis vulgáris; растительный экстракт, получаемый из зеленого чая Camellia sinensis, собранного в провинции Фуцзянь; растительный экстракт, получаемый из семян горчицы Sinapis alba; бактериальная наноцеллюлоза, предоставленная ИПХЭТ СО РАН, гранулы PLA торговой марки Bestfilament, ИП Берчук Д.Ю, Россия. В качестве пластификатора были выбраны: полисорбат ТВИН-80, глицерин.

Результаты. Результаты исследования показывают, что введение бактериальной наноцеллюлозы в исследуемые объекты увеличивает срок действия антиоксидантов. Установлено, что паропроницаемость образцов с глицеринов выше по сравнению с образцами с добавлением Твин-80. Значения набухаемости варьируются в зависимости от введенного активного компонента.

Выводы. Полученные данные можно применить в производстве упаковочных материалов для пищевой промешленности.

1. Альхаир, А., Щукина, Е. А., Губанова, М. И., Кирш, И. А., & Ермилова, А. М. (2023). Разработка и исследование активного упаковочного материала на основе крахмала с использованием в качестве антимикробной добавки масленного экстракта гвоздики. Хранение и переработка сельхозсырья, (4), 16-31. https://doi.org/10.36107/spfp.2023.4.474

2. Еремеева, Н. Б., Макарова, Н. В., & Елисеева, Е. А. (2019). Оценка органолептических и физико-химических свойств съедобных стаканов на основе яблочного сырья с использованием различных наполнителей: сушеных снеков, орехов, семян, зерновых хлопьев. Вестник Камчатского государственного технического университета, (50), 38-45.

3. Шабанова, П. В., & Борисова, А. В. (2023) Разработка полилактидной плёнки с эфирном маслом мелиссы. В Пищевые технологии и биотехнологии (с. 698-707). КНИТУ.

4. Шабанова, П. В., & Борисова, А. В. (2022) Биоразлагаемая активная пленка на основе PLA с добавлением эфирного масла шалфея. В Science Tech: Инновации в научно-практических исследованиях (с. 69-72). ЗапСибНЦ

5. Arfat, Y. A., Benjakul, S., Prodpran, T., & Osako, K. (2014). Development and characterisation of blend films based on fish protein isolate and fish skin gelatin. Food Hydrocolloids, 39, 58–67. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2013.12.028

6. Badretdinova, I., & Kasatkin, V. (2023). Production of biodegradable eco-package for food storage and transportation from flax shive by vacuum casting. Vestnik Iževskoj Gosudarstvennoj Selʹskohozâjstvennoj Akademii, 2(74), 56–64. https://doi.org/10.48012/1817-5457_2023_2_56-64

7. Eslami, Z., Elkoun, S., Robert, M., & Adjallé, K. (2023). A review of the effect of plasticizers on the physical and mechanical properties of Alginate-Based films. Molecules/Molecules Online/Molecules Annual, 28(18), 6637. https://doi.org/10.3390/molecules28186637

8. Frangopoulos, T., Marinopoulou, A., Goulas, A., Likotrafiti, E., Rhoades, J., Petridis, D., Kannidou, E., Stamelos, A., Theodoridou, M., Arampatzidou, A., Tosounidou, A., Tsekmes, L., Tsichlakis, K., Gkikas, G., Tourasanidis, E. V., & Karageorgiou, V. (2023). Optimizing the functional properties of Starch-Based biodegradable films. Foods, 12(14), 2812. https://doi.org/10.3390/foods12142812

9. Guivier, M., Almeida, G., Domenek, S., & Chevigny, C. (2023). Resilient high oxygen barrier multilayer films of nanocellulose and polylactide. Carbohydrate Polymers, 312, 120761. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.120761

10. Hu, X., Li, Y., Han, L., Li, S., & Song, L. (2019). Characterization of antioxidant and antibacterial gelatin films incorporated with Ginkgo biloba extract. RSC Advances, 9(47), 27449–27454. https://doi.org/10.1039/c9ra05788a

11. Hussain, M., Khan, S. M., Shafiq, M., & Abbas, N. (2024). A review on PLA-based biodegradable materials for biomedical applications. Giant, 18, 100261. https://doi.org/10.1016/j.giant.2024.100261

12. Jaśkiewicz, A., Budryn, G., Nowak, A., & Efenberger-Szmechtyk, M. (2020). Novel Biodegradable Starch Film for Food Packaging with Antimicrobial Chicory Root Extract and Phytic Acid as a Cross-Linking Agent. Foods, 9(11), 1696. https://doi.org/10.3390/foods9111696

13. Kirsh, I., Bannikova, O., Beznaeva, O., & Tveritnikova, I. (2020a). Research of the influence of the ultrasonic treatment on the melts of the melts of the polymeric compositions for the creation of packaging materials with antimicrobial properties and biodegrability. Polymers, 12(2), 275. https://doi.org/10.3390/polym12020275

14. Kirsh, I., Beznaeva, O., Bannikova, O., Gubanova, M., Tveritnikova, I (2020b) Influence of the ultrasonic treatment on the properties of polybutylene adipate terephalate, modified by amicrobial additive. Polymers, 12(10), 1-13. https://doi.org/10.3390/polym12102412

15. Kumari, S., Yadav, B. S., & Yadav, R. B. (2023). Development and characterization of mung bean starch–based composite films incorporated with sweet potato starch nanocrystals for their morphological and thermo-mechanical properties. Biomass Conversion and Biorefinery. https://doi.org/10.1007/s13399-023-05212-7

16. Menezes, M.D., Pires, N.D., da Cunha, P.L., de Freitas Rosa, M., de Souza, B.W., Feitosa, J.P., & Souza Filho, M.D. (2019). Effect of tannic acid as crosslinking agent on fish skin gelatin-silver nanocomposite film. Food Packaging and Shelf Life, 19, 7-15. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2018.11.005

17. Mishra, S., Singh, P. K., Pattnaik, R., Kumar, S., Ojha, S. K., Srichandan, H., Parhi, P. K., Jyothi, R. K., & Sarangi, P. K. (2022). Biochemistry, Synthesis, and Applications of Bacterial cellulose: a review. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 10. https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.780409

18. Moraczewski, K., Pawłowska, A., Stepczyńska, M., Malinowski, R., Kaczor, D., Budner, B., Gocman, K., & Rytlewski, P. (2020). Plant extracts as natural additives for environmentally friendly polylactide films. Food Packaging and Shelf Life, 26, 100593. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2020.100593

19. Nurdiani, R., Ma’rifah, R., Busyro, I., Jaziri, A. A., Prihanto, A. A., Firdaus, M., Talib, R. A., & Huda, N. (2022). Physical and functional properties of fish gelatin-based film incorporated with mangrove extracts. PeerJ, 10, e13062. https://doi.org/10.7717/peerj.13062

20. Nxumalo, K. A., Fawole, O. A., & Aremu, A. O. (2023). Development of chitosan-based active films with medicinal plant extracts for potential food packaging applications. Processes, 12(1), 23. https://doi.org/10.3390/pr12010023

21. Peng, Y., Wang, Y., & Li, Y. (2013). Development of tea extracts and chitosan composite films for active packaging materials. International Journal of Biological Macromolecules, 59, 282–289. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2013.04.019

22. Radusin, T., Torres‐Giner, S., Stupar, A., Ristić, I., Miletić, A., Novaković, A., & Lagarón, J. M. (2019). Preparation, characterization and antimicrobial properties of electrospun polylactide films containing Allium ursinum L. extract. Food Packaging and Shelf Life, 21, 100357. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2019.100357

23. Wrońska, N., Katir, N., Nowak-Lange, M., Kadib, A. E., & Lisowska, K. (2023b). Biodegradable Chitosan-Based films as an alternative to plastic packaging. Foods, 12(18), 3519. https://doi.org/10.3390/foods12183519

24. Zinina, О., Merenkova, S., & Galimov, D. М. (2023). Development of Biodegradable Alginate-Based Films with Bioactive Properties and Optimal Structural Characteristics with Incorporation of Protein Hydrolysates. Sustainability, 15(20), 15086. https://doi.org/10.3390/su152015086