بررسی خواص فیزیکومکانیکی و رهایش پلیمرهای کامپوزیتی حاوی آنتی‌اکسیدان طبیعی کاتچین

نویسندگان
مسلم صباغی 1
یحیی مقصودلو 2
محبوبه کشیری 3
علی رضا شاکری 4
1 دانشجوی دکترای مهندسی علوم و صنایع غذایی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
2 استاد مهندسی علوم و صنایع غذایی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
3 استادیار مهندسی علوم و صنایع غذایی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
4 دانشیار دانشکده شیمی پردیس علوم دانشگاه تهران
10.29252/fsct.16.96.91
چکیده
کیتوزان پلیمری طبیعی است که به‌طور معمول از پوسته کیتینی سخت پوستان دریایی استخراج می‌گردد و قابلیت تشکیل فیلم را دارد. پلی‌وینیل الکل پلیمری سنتزی و زیست تخریب‌پذیر است که می‌تواند در اختلاط با پلیمرهای طبیعی جهت بهبود ویژگی‌های ساختاری مورد استفاده قرار گیرد. تولید نانوذرات کیتوزان به روش ژل شدن یونی صورت گرفت و نانوذرات با میانگین اندازه 69/92 نانومتر و پتانسیل زتا 30/3+ میلی‌ولت جهت کاربرد در فیلم ترکیبی مورد استفاده قرار گرفتند. پس از اختلاط نسبت‌های مختلف پلی‌وینیل الکل با کیتوزان (1:3، 1:1 و 3:1)، محلول‌های حاصل با نسبت‌های مختلف نانوذرات (0، 2، 4، 6) میلی‌لیتر ژل کیتوزان در 100 میلی‌لیتر محلول فیلم مخلوط شدند و گلیسرول به نسبت 25 درصد وزنی / وزنی پودر خشک فیلم اضافه شد و سپس در قالب ریخته شد و در دمای 40 درجه سانتی‌گراد در آون خشک شدند. نتایج نشان داد که به‌طور کلی افزایش نسبت پلی‌وینیل الکل و کاربرد نانوذرات در ساختار پلیمر سبب بهبود ویژگیهای فیزیکومکانیکی فیلم‌ها گردید. نتایج طیف‌ سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه نشان داد که برخی برهمکنش‌ها بین شبکه پلیمری و نانوذرات صورت گرفته است. نتایج گرماسنجی وزنی نشان داد که افزودن نانوذرات سبب افزایش جزئی پایداری حرارتی پلیمر نسبت به نمونه شاهد بدون نانوذره شد. نتایج رهایش در محیط شبیه‌ساز مواد غذایی پرچرب و کم چرب نشان داد که با افزایش نسبت پلی‌وینیل الکل سرعت رهایش کاهش یافت. همچنین افزایش نسبت نانوذره تا نسبت np4 سبب کاهش سرعت رهایش شد. هدف این پژوهش تعیین نسبت بهینه دو پلیمر و میزان اختلاط نانوذرات کیتوزان حاوی آنتی‌اکسیدان طبیعی کاتچین جهت استفاده در بسته‌بندی مواد غذایی است.
کلیدواژه‌ها
پلی‌وینیل الکل
کیتوزان
کاتچین
نانوذرات
فیلم
رهایش

موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of physicomechanical and release properties composite polymers containing catechin natural antioxidant

نویسندگان English

Moslem Sabaghi 1
Yahya Maghsoudlou 2
Mahboobeh Kashiri 3
Alireza Shakeri 4
1 PhD Candidate, Department of Food Science and Technology, University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
2 Professor, Department of Food Science and Technology, University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
3 Assistant professor, Department of Food Science and Technology, University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
4 Associate professor, School of Chemistry, College of Science, University of Tehran, Iran
چکیده English

Chitosan is a natural polymer that is typically extracted from the marine crustacean chitin shell and capable of film forming. Polyvinyl alcohol is a synthetic and biodegradable polymer that can be used in combination with natural polymers to improve structural properties. Chitosan nanoparticles were produced by ion gelation method and the nanoparticles with an average size of 69.92 nm and a zeta potential of + 30.3 mV were used for application in the composite films. After mixing different ratios of polyvinyl alcohol (P) with chitosan (C) (1: 3, 1: 1 and 3: 1), the resulting solutions with different ratios of nanoparticles (np) (0, 2, 4, 6) ml of chitosan gel In 100 ml of film forming solutions were mixed and glycerol was added to 25% w / w dry film powder and then poured into mold and dried in oven at 40 ° C. The results showed that increasing the ratio of polyvinyl alcohol and application of nanoparticles in polymer structure improved the physico-mechanical properties of the films. Fourier transform infrared spectroscopy results showed that some interactions have taken place between the polymer network and the nanoparticles. Thermogravimetric analysis results showed that the addition of nanoparticles slightly increased thermal stability of the polymers compared control samples without nanoparticles. Release results in the high-fat and low-fat food simulant showed that the release rate decreased with increasing polyvinyl alcohol ratio. Also, increasing the nanoparticle to np4 ratio decreased the release rate. The aim of this study was to determine the optimum ratio of two polymers and the amount of chitosan nanoparticles containing natural antioxidant catechin for use in food packaging.

کلیدواژه‌ها English

Polyvinyl alcohol
Chitosan
Catechin
Nanoparticles
Film
Release
1. Gómez-Estaca, J., Gómez-Guillén, M. C., Fernández-Martín, F., & Montero, P. (2011). Effects of gelatin origin, bovine-hide and tuna-skin, on the properties of compound gelatin–chitosan films. Food Hydrocolloids, 25(6): p. 1461-1469.
2. Hun, J. H. (2005). Edible film and coating: A Review. Journal Innovations in Food packaging, 15: p. 239-262.
3. Chen, C. H., Kuo, W. S., & Lai, L. S. (2009). Rheological and physical characterization of film-forming solutions and edible films from tapioca starch/decolorized hsian-tsao leaf gum. Food Hydrocolloids, 23(8): p. 2132-2140.
4. Sabaghi, M., Maghsoudlou, Y., & Habibi, P. (2015). Enhancing structural properties and antioxidant activity of kefiran films by chitosan addition. Food Structure, 5: p. 66-71.
5. Srinivasa, P. C., Ramesh, M. N., Kumar, K. R., & Tharanathan, R. N. (2003). Properties and sorption studies of chitosan–polyvinyl alcohol blend films. Carbohydrate Polymers, 53(4): p. 431-438.
6. DeMerlis, C. C., & Schoneker, D. R. (2003). Review of the oral toxicity of polyvinyl alcohol (PVA). Food and chemical Toxicology, 41(3): p. 319-326.
7. Jang, J., & Lee, D. K. (2003). Plasticizer effect on the melting and crystallization behavior of polyvinyl alcohol. Polymer, 44(26): p. 8139-8146.
8. Chen, L., Imam, S. H., Gordon, S. H., & Greene, R. V. (1997). Starch-polyvinyl alcohol crosslinked film—performance and biodegradation. Journal of environmental polymer degradation, 5(2): p. 111-117.
9. Arvanitoyannis, I., Kolokuris, I., Nakayama, A., Yamamoto, N., & Aiba, S. I. (1997). Physico-chemical studies of chitosan-poly (vinyl alcohol) blends plasticized with sorbitol and sucrose. Carbohydrate Polymers, 34(1-2): p. 9-19.
10. Sabaghi, M., Maghsoudlou, Y., & Habibi, P. (2015). Novel Kefiran-Polyvinyl Alcohol Composite Film: Physical, Mechanical and Rheological Properties. Nutrition and Food Sciences Research, 2(3): p. 39-46.
11. Sabaghi, M., Maghsoudlou, Y., Khomeiri, M., & Ziaiifar, A. M. (2015). Active edible coating from chitosan incorporating green tea extract as an antioxidant and antifungal on fresh walnut kernel. Postharvest Biology and Technology, 110: p. 224-228.
12. Zhang, L., & Kosaraju, S. L. (2007). Biopolymeric delivery system for controlled release of polyphenolic antioxidants. European Polymer Journal, 43(7): p. 2956-2966.
13. Higdon, J. V., & Frei, B. (2003). Tea catechins and polyphenols: health effects, metabolism, and antioxidant functions.
14. Pool, H., Quintanar, D., de Dios Figueroa, J., Mano, C. M., Bechara, J. E. H., Godínez, L. A., & Mendoza, S. (2012). Antioxidant effects of quercetin and catechin encapsulated into PLGA nanoparticles. J. Nanomaterials, 2012: p. 86-86.
15. Cai, Z. Y., Li, X. M., Liang, J. P., Xiang, L. P., Wang, K. R., Shi, Y. L., & Zheng, X. Q. (2018). Bioavailability of tea catechins and its improvement. Molecules, 23(9): p. 2346.
16. Nedovic, V., Kalusevic, A., Manojlovic, V., Levic, S., & Bugarski, B. (2011). An overview of encapsulation technologies for food applications. Procedia Food Science, 1: p. 1806-1815.
17. Harris, R., Lecumberri, E., Mateos-Aparicio, I., Mengíbar, M., & Heras, A. (2011). Chitosan nanoparticles and microspheres for the encapsulation of natural antioxidants extracted from Ilex paraguariensis. Carbohydrate Polymers, 84(2): p. 803-806.
18. Luangtana-anan, M., Opanasopit, P., Ngawhirunpat, T., Nunthanid, J., Sriamornsak, P., Limmatvapirat, S., & Lim, L. Y. (2005). Effect of chitosan salts and molecular weight on a nanoparticulate carrier for therapeutic protein. Pharmaceutical development and technology, 10(2): p. 189-196.
19. Konecsni, K., Low, N. H., & Nickerson, M. T. (2012). Chitosan–tripolyphosphate submicron particles as the carrier of entrapped rutin. Food chemistry, 134(4): p. 1775-1779.
20. Chen, X., Lee, D. S., Zhu, X., & Yam, K. L. (2012). Release kinetics of tocopherol and quercetin from binary antioxidant controlled-release packaging films. Journal of agricultural and food chemistry, 60(13): p. 3492-3497.
21. Benbettaïeb, N., Chambin, O., Karbowiak, T., & Debeaufort, F. (2016). Release behavior of quercetin from chitosan-fish gelatin edible films influenced by electron beam irradiation. Food control, 66: p. 315-319.
22. Kodama, D. H., Gonçalves, A. E. D. S. S., Lajolo, F. M., & Genovese, M. I. (2010). Flavonoids, total phenolics and antioxidant capacity: comparison between commercial green tea preparations. Food Science and Technology, 30(4): p. 1077-1082.
23. Motedayen, A. A., Khodaiyan, F., & Salehi, E. A. (2013). Development and characterisation of composite films made of kefiran and starch. Food chemistry, 136(3): p. 1231-1238.
24. León, P. G., Lamanna, M. E., Gerschenson, L. N., & Rojas, A. M. (2008). Influence of composition of edible films based on gellan polymers on l-(+)-ascorbic acid stability. Food research international, 41(6): p. 667-675.
25. Abugoch, L. E., Tapia, C., Villamán, M. C., Yazdani-Pedram, M., & Díaz-Dosque, M. (2011). Characterization of quinoa protein–chitosan blend edible films. Food Hydrocolloids, 25(5): p. 879-886.
26. Mathew, S., & Abraham, T. E. (2008). Characterisation of ferulic acid incorporated starch–chitosan blend films. Food Hydrocolloids, 22(5): p. 826-835.
27. González, K., Retegi, A., González, A., Eceiza, A., & Gabilondo, N. (2015). Starch and cellulose nanocrystals together into thermoplastic starch bionanocomposites. Carbohydrate polymers, 117: p. 83-90.
28. de Moura, M. R., Aouada, F. A., Avena-Bustillos, R. J., McHugh, T. H., Krochta, J. M., & Mattoso, L. H. (2009). Improved barrier and mechanical properties of novel hydroxypropyl methylcellulose edible films with chitosan/tripolyphosphate nanoparticles. Journal of Food Engineering, 92(4): p. 448-453.
29. Tang, X., Alavi, S., & Herald, T. J. (2008). Effects of plasticizers on the structure and properties of starch–clay nanocomposite films. Carbohydrate Polymers, 74(3): p. 552-558.
30. LeCorre, D., Bras, J., & Dufresne, A. (2012). Influence of native starch's properties on starch nanocrystals thermal properties. Carbohydrate Polymers, 87(1): p. 658-666.
31. Parida, U. K., Nayak, A. K., Binhani, B. K., & Nayak, P. L. (2011). Synthesis and characterization of chitosan-polyvinyl alcohol blended with cloisite 30B for controlled release of the anticancer drug curcumin. Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology, 2(04): p. 414.
32. Kanatt, S. R., Rao, M. S., Chawla, S. P., & Sharma, A. (2012). Active chitosan–polyvinyl alcohol films with natural extracts. Food Hydrocolloids, 29(2): p. 290-297.
33. García, N. L., Ribba, L., Dufresne, A., Aranguren, M., & Goyanes, S. (2011). Effect of glycerol on the morphology of nanocomposites made from thermoplastic starch and starch nanocrystals. Carbohydrate polymers, 84(1): p. 203-210.