سنتز فیلم‌های بیوکامپوزیت بر پایه کازئینات سدیم تقویت‌شده با صمغ‌های ژلان و فارسی و ارزیابی ویژگی‌های فیزیکومکانیکی و مورفولوژی آن

نویسندگان
محمد محسن زاده 1
محمود علیزاده ثانی 2
محمد مالکی 3
مریم عزیزی لعل آبادی 4
رویا رضائیان دلویی 5
1 دانشیار گروه بهداشت مواد غذایی و آبزیان، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
2 دانشجوی دکتری تخصصی، رشته بهداشت و ایمنی مواد غذایی، گروه بهداشت و ایمنی مواد غذایی، داشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران،
3 دانشجوی دکتری تخصصی بهداشت مواد غذایی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
4 استادیار، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده تغذیه و علوم صنایع غذایی، دانشگاه علوم پزشکی کرمانشاه، ایران
5 استادیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران،
10.52547/fsct.18.113.187
چکیده
اخیراً طراحی و تولید فیلم‌های زیست‌تخریب‌پذیر نسبت به بسته‌بندی‌های سنتتیک به دلیل کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی توجه ویژه‌ای را به خود اختصاص داده‌اند. هدف از این مطالعه بررسی تأثیر صمغ‌های فارسی (1%) و صمغ ژلان (1%) بر روی خواص فیزیکی، مکانیکی و مورفولوژی فیلم‌های کامپوزیت بر پایه کازئینات سدیم (10%) به‌عنوان عوامل تقویت‌کننده فیلم‌ها می‌باشد. فیلم‌ها به روش تبخیر حلال سنتز شدند و تأثیر هر یک از صمغ‌ها بر روی خصوصیات فیلم‌های کامپوزیتی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزودن صمغ‌ها باعث تقویت فیلم‌های کامپوزیتی شد. فیلم‌های کامپوزیتی مقاومت مکانیکی و خصوصیات ممانعت کنندگی خوبی در برابر رطوبت و نور را نشان دادند. خصوصیات سطحی و مورفولوژی فیلم‌ها همچنین نشان داد که صمغ‌ها سازگاری خوبی با فیلم پروتئینی کازئین داشتند و باعث تشکیل فیلم‌های یکنواخت و منسجم شدند. علاوه بر این فیلم‌های کامپوزیتی از شفافیت قابل قبولی برخوردار بودند. به‌این‌ترتیب نتیجه‌گیری می‌شود که استفاده از فیلم‌های کامپوزیتی و ترکیب پلی ساکاریدهای مختلف با ماتریکس‌های پروتئینی می‌توانند باعث بهبود خصوصیات فیلم‌های حاصل شوند.
کلیدواژه‌ها
فیلم زیست‌تخریب‌پذیر
کازئینات سدیم
صمغ ژلان
صمغ فارسی
مقاومت مکانیکی

موضوعات

عنوان مقاله English

Fabrication of biocomposite films based on sodium caseinate reinforced with gellan and Persian gums and evaluation of physicomechanical and morphology properties

نویسندگان English

Mohammad Mohsenzadeh 1
Mahmood Alizadeh-Sani 2
Mohammad Maleki 3
Maryam Azizi-lalabadi 4
Roya Rezaeian-Doloei 5
1 Associate Professor, Department of Food Hygiene and Aquaculture, Factulty of Veterinary Medicine, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 - Ph.D. student, Student’s Scientific Research Center, Department of Food Safety and Hygiene, School of Public Health, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran
3 - Ph.D. student, Department of Food Hygiene and Aquaculture, Factulty of Veterinary Medicine, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
4 - Research Center for Environmental Determinants of Health (RCEDH), Kermanshah University of Medical Sciences, Kermanshah, Iran
5 Assistant Professor, Department of Agronomy and plant breeding, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran
چکیده English

Recently, the design and production of biodegradable films have received special attention than synthetic packaging due to the reduction of environmental pollution. The aim of this study was to investigate the effect of Persian gums (1%) and gellan gum (1%) on the physical, mechanical and morphological properties of composite films based on sodium caseinate (10%) as film reinforcing agents. The films were synthesized by solvent evaporation and the effect of each gum on the characteristics of the composite films was evaluated. The results showed that the addition of gums strengthened the composite films. So that the composite films showed mechanical resistance and good barrier properties versus moisture and light. The surface properties and morphology of the films also showed that the gums were well computability to the casein film and formed uniform and stiff films. In addition, composite films had acceptable transparency. Thus, it can be concluded that the use of composite films and the combination of different polysaccharides with protein matrices can improve the properties of the resulting films. On the other hand, by adding antimicrobial and antioxidant agents to biodegradable films, they can be considered as active packaging.

کلیدواژه‌ها English

: Biodegradable Films
Sodium Casein
gellan gum
Persian gum
Mechanical Resistance
1. Volpe, M., et al., Active edible coating effectiveness in shelf-life enhancement of trout (Oncorhynchusmykiss) fillets. LWT-Food Science and Technology, 2015. 60(1): p. 615-622.
2. Campos, C.A., L.N. Gerschenson, and S.K. Flores, Development of edible films and coatings with antimicrobial activity. Food and bioprocess technology, 2011. 4(6): p. 849-875.
3. Rhim, J.-W., H.-M. Park, and C.-S. Ha, Bio-nanocomposites for food packaging applications. Progress in polymer science, 2013. 38(10-11): p. 1629-1652.
4. Silva-Weiss, A., et al., Natural additives in bioactive edible films and coatings: functionality and applications in foods. Food Engineering Reviews, 2013. 5(4): p. 200-216.
5. Bourtoom, T., Edible films and coatings: characteristics and properties. International food research journal, 2008. 15(3): p. 237-248.
6. Pereda, M., N.E. Marcovich, and M.A. Mosiewicki, Sodium caseinate films containing linseed oil resin as oily modifier. Food hydrocolloids, 2015. 44: p. 407-415.
7. Khwaldia, K., et al., Properties of sodium caseinate film-forming dispersions and films. Journal of dairy science, 2004. 87(7): p. 2011-2016.
8. Schou, M., et al., Properties of edible sodium caseinate films and their application as food wrapping. LWT-food science and technology, (6)38,2005: p. 605-610.
9. Atarés, L., J. Bonilla, and A. Chiralt, Characterization of sodium caseinate-based edible films incorporated with cinnamon or ginger essential oils. Journal of Food Engineering, 2010. 100(4): p. 678-687.
10. Fadavi, G., et al., Composition and physicochemical properties of Zedo gum exudates from Amygdalus scoparia. Carbohydrate polymers, 2014. 101: p. 1074-1080.
11. Hadian, M., et al., Isothermal titration calorimetric and spectroscopic studies of β-lactoglobulin-water-soluble fraction of Persian gum interaction in aqueous solution. Food Hydrocolloids, 2016. 55: p. 108-118.
12. Yoon, S.-J., D.-C. Chu, and L.R. Juneja, Chemical and physical properties, safety and application of partially hydrolized guar gum as dietary fiber. Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition, 2008. 42(1): p. 1-7.
13. Keramat, M., et al., Fabrication of Electrospun Persian Gum/Poly (Vinyl Alcohol) and Whey Protein Isolate/Poly (Vinyl Alcohol) Nanofibers Incorporated with Oliveria decumbens Vent. Essential Oil. Nanoscience & Nanotechnology-Asia, 2019. 9(3): p. 371-380.
14. Stephen, A.M. and G.O. Phillips, Food polysaccharides and their applications. 2016: CRC press.
15. Kendall, C.W., et al., Resistant starches and health. Journal of AOAC international, 2004. 87(3): p. 769-774.
16. Giavasis, I., L.M. Harvey, and B. McNeil, Gellan gum. Critical reviews in biotechnology, 2000. 20(3): p. 177-211.
17. Xu, X., et al., Characterization of konjac glucomannan–gellan gum blend films and their suitability for release of nisin incorporated therein. Carbohydrate Polymers, 2007. 70(2): p. 192-197.
18. Wei, Y.-C., et al., Active gellan gum/purple sweet potato composite films capable of monitoring pH variations. Food Hydrocolloids, 2017. 69: p. 491-502.
19. Alizadeh-Sani, M., et al., Preparation and characterization of functional sodium caseinate/guar gum/TiO2/cumin essential oil composite film. International journal of biological macromolecules, 2020. 145: p. 835-844.
20. Eghbal, N., et al., Low methoxyl pectin/sodium caseinate interactions and composite film formation at neutral pH. Food Hydrocolloids, 2017. 69: p. 132-140.
21. Alizadeh-Sani, M., A. Khezerlou, and A. Ehsani, Fabrication and characterization of the bionanocomposite film based on whey protein biopolymer loaded with TiO2 nanoparticles, cellulose nanofibers and rosemary essential oil. Industrial crops and products, 2018. 124: p. 300-315.
22. Khezerlou, A., et al., Development and characterization of a Persian gum–sodium caseinate biocomposite film accompanied by Zingiber officinale extract. Journal of Applied Polymer Science, 2019. 136(12): p. 47215.
23. Moghaddas Kia, E., Z. Ghasempour, and M. Alizadeh, Fabrication of an eco‐friendly antioxidant biocomposite: Zedo gum/sodium caseinate film by incorporating microalgae (Spirulina platensis). Journal of Applied Polymer Science, 2018. 135(13): p. 46024.
24. Bourtoom, T. and M.S. Chinnan, Preparation and properties of rice starch–chitosan blend biodegradable film. LWT-Food Science and Technology, 2008. 4(9)1: p. 1633-1641.
25. Silva, K., et al., Synergistic interactions of locust bean gum with whey proteins: effect on physicochemical and microstructural properties of whey protein-based films. Food hydrocolloids, 2016. 54: p. 179-188.
26. Tonyali, B., S. Cikrikci, and M.H. Oztop, Physicochemical and microstructural characterization of gum tragacanth added whey protein based films. Food Research International, 2018. 105: p. 1-9.
27. Balasubramanian, R., et al., Effect of TiO2 on highly elastic, stretchable UV protective nanocomposite films formed by using a combination of k-Carrageenan, xanthan gum and gellan gum. International journal of biological macromolecules, 2019. 123: p. 1020-1027.
28. Sorde, K.L. and L. Ananthanarayan, Effect of transglutaminase treatment on properties of coconut protein-guar gum composite film. LWT, 2019. 115: p. 108422.
29. Xue, F., et al., Encapsulation of essential oil in emulsion based edible films prepared by soy protein isolate-gum acacia conjugates. Food Hydrocolloids, 20169,9: p. 178-189.
30. Zhang, X., et al., Physicochemical, mechanical and structural properties of composite edible films based on whey protein isolate/psyllium seed gum. International Journal of Biological Macromolecules, 2020.
31. Tahsiri, Z., et al., Gum arabic improves the mechanical properties of wild almond protein film. Carbohydrate polymers, 2019. 222: p. 114994.