Вчені тестують антибактеріальні хітозанові покриття для фруктів
У статті, нещодавно опублікованій у журналі Polymers з відкритим доступом, дослідники прагнули підготувати композитну плівку, що складається з гідрохлориду хітозану бігуанідину (CBg) та полі (N-вініл-2-піролідону) (PVP), для використання як покриття для свіжої сільськогосподарської продукції та фруктів. Нанесення покриттів оцінювали на полуниці, і було помічено, що плівка має хороші антибактеріальні властивості, непроникність для водяної пари, розчинність, механічні властивості і прозорість.
Свіжі сільськогосподарські продукти, такі як фрукти, мають короткий термін зберігання і, отже, швидко псуються. Основними причинами деградації харчових продуктів є втрата води, зростання мікробів, деградація текстури та дихання.
Термін придатності фруктів можна зберегти, контролюючи такі фактори. Такі методи, як модифікована атмосферна упаковка та охолодження, є комерційно використовуваними методами збереження, але вони є дорогими через спеціальне обладнання та споживання енергії.
Покриття на основі воску чи парафіну можуть змінити смак фруктів. Плівки, виготовлені з полісахаридів і білків, використовуються все частіше через їх біорозкладальність, змішуваність і їстівність, але вони не мають таких характеристик, як гнучкість матеріалу, ефект консервації, висока прозорість, антибактеріальні властивості і прання. Таким чином, розробка кращого матеріалу плівкового покриття вважається за необхідне.
Хоча хітозан (CS) є природним полісахаридом з антибактеріальною активністю, його функції як покриття для фруктів обмежені через погану механічну міцність і низьку розчинність при pH > 6,5. Полімери, такі як ПВП, мають хорошу біосумісність, розчинність у воді і низьку цитотоксичність, в той час як CBg, гуанідинове похідне CS, володіє поліпшеними антибактеріальними властивостями і розчинністю в порівнянні з CS. Дослідження було спрямоване на усунення обмежень фруктових покриттів на основі CS шляхом приготування CBg покриття з антибактеріальними властивостями.
(а) FTIR-спектри CS та його похідного CBg. (б) FTIR-спектри плівок CBg, PVP та CBg/PVP з різною масовою концентрацією. (c) Схематична діаграма взаємодії між CBg та PVP. Зображення надано: Цзяо, X та ін., Полімери.
Дослідники використовували ціаногуанідин, CS, метанол та HCl для приготування порошку CBg. Потім була виготовлена плівка CBg/PVP. Окремі плівки CS, CBg та CBg/PVP були охарактеризовані на основі різних параметрів, таких як інфрачервоні спектри, властивості при розтягуванні, паропроникність та розчинність. Антибактеріальні властивості вимірювали щодо штамів кишкової палички (E. coli) та золотистого стафілокока (S. aureus).
Команда використовувала полуницю для оцінки функціонування плівок CBg/PVP, оскільки вона має надзвичайно короткий термін зберігання, маючи при цьому виняткові органолептичні властивості та високу поживну цінність. Полуниця, використана для аплікації, була однакової якості та не мала дефектів. Полуницю повністю просочували складовим розчином та сушили при кімнатній температурі. Усього вісім ягід полуниці склали один набір зразків.
Інфрачервона спектроскопія з перетворенням Фур'є (FTIR) допомогла визначити взаємодію між CS та його аналогами-полімерами. Взаємодія ПВП-CBg посилювалася зі збільшенням вмісту CBg. Було помічено, що додавання CBg мінімально впливає на прозорість плівки. Модуль Юнг плівки збільшився за рахунок збільшення зшивки полімерних ланцюгів. Це, у поєднанні із збільшенням міцності на розтяг, вказувало поліпшення механічних характеристик плівки.
Проникність водяної пари зменшувалася зі збільшенням вмісту CBg, що могло бути результатом взаємопов'язаної мережі, утвореної поперечними зв'язками між CBg та PVP. Хоча відсоток розчинності плівок (Sol%) зменшувався зі збільшенням вмісту CBg, покриття CBg/PVP можна було легко видалити шляхом промивання та легкого протирання. Підвищена щільність позитивно заряджених аміногруп через підвищений вміст CBg могла сильно змінити проникність бактерії та спричинити її загибель.
Крім того, полуниця з покриттям не мала зростання плісняви навіть через чотири дні, тоді як полуниця без покриття показала зростання плісняви через два дні. Втрата маси через випаровування води була значно нижчою у полуниці з покриттям. Отже, твердість полуниці, покритої оболонкою, також знижувалася повільнішими темпами.
Підсумовуючи, команда підготувала антибактеріальні покриття для фруктів на основі CBg та PVP, які показали чудову механічну міцність, залишаючись при цьому дуже гнучкими через підвищену зшивку полімерних ланцюгів. Покриття полуниці цією плівкою також показало зниження швидкості втрати маси, розм'якшення та проникності для водяної пари, тим самим затримуючи деградацію плодів. Крім того, плівка прозора і її можна прати, а отже, вона не змінює фізичні та біологічні властивості фруктів.
Хоча підвищене зшивання полімерів викликало зниження розчинності плівки, обережне відтирання та промивання водою можуть легко видалити покриття. На думку авторів, цей метод є прямим шляхом до збереження продуктів харчування за рахунок збільшення їх терміну придатності та може допомогти вирішити глобальну кризу харчових відходів.
Також читайте: