文摘

Alginate-based抗菌biocomposite影片准备通过合并与肉桂精油这种(CEO-NE)。CEO-NE最初是由混合和均质化的油相,水相含有聚山梨酯80(80年渐变),使用一个探测类型声波降解法设备。然后biocomposite电影由合并CEO-NE海藻酸和甘油水溶液中,均质化,铸造,干燥。平均液滴大小、电动电势和多分散性指数CEO-NE的92.2 nm,−15.58 mV,分别和0.25。杨氏模量CEO-NE /海藻酸biocomposite电影与越来越CEO-NE浓度显著增加,而断裂伸长率显著降低。然而,抗拉强度CEO-NE /海藻酸biocomposite电影没有明显改变。的最大抗拉强度和断裂伸长率biocomposite电影15.63 MPa和23.67%,分别对应biocomposite CEO-NE电影包含20%。biocomposite电影含有20% CEO-NE还显示强大的抗菌效果鼠伤寒沙门氏菌,蜡样芽胞杆菌,大肠杆菌,金黄色葡萄球菌从29.7到53.0毫米,达到抑制区。这些结果显示的潜力CEO-NE /海藻酸biocomposite电影作为扩展抗菌包装新鲜食品的货架寿命。

1。介绍

活性包装被定义为电影或容器将某些活性物质来维持和延长食品的保质期1]。活性包装的例子包括polysaccharide-based生物可降解和可食用的电影和复合材料可以作为载体的活性化合物如抗菌素、抗氧化剂,和纹理增强剂(2- - - - - -4]。此外,这些电影不仅保护食物免受脱水,也作为气体屏障对周围的媒体(1,2]。天然多糖已被应用在医学和食品加工由于其生物降解性,生物相容性,与药物和食物4]。然而,尽管biopolymer-based电影显示优良的气体屏障属性,他们表现出可怜的水阻力,因为其亲水的性质(5,6]。

海藻酸盐是天然的聚合物从褐藻中提取,由1 - 4 -β-D-mannuronic酸和α-L-guluronic酸。众所周知,海藻酸盐可与三维交联网络通过与多价金属阳离子的反应,特别是钙离子(5,6]。海藻酸自电影有一个亲水的特性,与钙离子交联已经完成改善机械强度和水屏障属性(6]。精油也被纳入海藻酸膜改善其防水层性能和抗菌活性5,7]。

精油(EOs)广泛使用调味材料也广泛应用于营养,制药和农业领域的报道抗菌和抗氧化性能8,9]。因此,他们可以被纳入包装材料或用作食用涂料延长食品的保质期。肉桂精油(CEO)是一种最有效的抗菌精油;它的主要组件是肉桂醛,最低抑制浓度(MIC)为0.05 5μL /毫升在体外(8]。肉桂是无害的食品消费时,这是证明抑制霉菌的生长,酵母和细菌9]。然而,当准备biocomposite电影,直接添加亲水的疏水性肉桂油藻朊酸盐可能导致的成膜解决方案不统一,展示一些相分离;因此,在这项研究中,首次纳入肉桂油nanoemulsion系统。

这种被定义为乳剂液滴大小在20 - 200纳米的范围(10,11]。最近的调查表明,EO-loaded这种表现出更好的身体和抗菌性能比传统的乳剂(12- - - - - -14]。这种已经报道的小粒径增加单位面积质量的亲脂性的化合物,从而提高他们的物理化学性质,稳定性和生物活性(14,15]。因此,当前研究的目的是开发biocomposite alginate-based电影合并CEO-NE作为一个潜在的食品包装材料。物理、机械和抗菌性能的电影也被评估。

2。材料和方法

2.1。材料

海藻酸钠、琼脂、渐变80,甘油买来Duksan纯化学物质(安山、韩国)。肉桂精油(首席执行官;肉桂)从现在购买食品公司(美国卢明,IL)。营养肉汤,正欲获得公司(美国新泽西富兰克林湖)。金黄色葡萄球菌(写明ATCC 6538 p),变形链球菌(写明ATCC 25175),蜡样芽胞杆菌(ATCC11778),大肠杆菌(写明ATCC 8739),单核细胞增多性李斯特氏菌(写明ATCC 19115)鼠伤寒沙门氏菌从Sigma-Aldrich (KCCM 11862)得到(圣路易斯,密苏里州,美国)。

2.2。首席执行官的gc - ms分析

气相色谱分析-质谱法(gc - ms)分析的CEO进行一个安捷伦7890 b - 5977 b系统(美国帕洛阿尔托,CA)配备一个安捷伦J&W DB-5列( ,0.25μ米)。温度程序开始为1分钟60°C, 4°C /分钟的速度增加到280°C,并举行这个温度为5分钟。注射器和离子源都保持在250和230°C,分别。载气是氦,泵的流量1毫升/分钟。样本(1μ在50 L)注射在分裂模式:1分流比。质谱是通过电子碰撞电离(EI) 70 eV。总离子流(TIC)范围30 - 600米/z收集。精油成分被比较的初步确认质谱与质谱库中存储的gc - ms系统和semiquantified总峰面积的百分比。

2.3。首席执行官的制备这种(CEO-NE)

CEO-loaded这种准备如下。粗乳剂最初由80年首席执行官和一个包含渐变的水相混合。首席执行官浓度的1、2、3、4,和5% (v/v)使用。渐变80年在同一浓度作为CEO。2分钟,进一步混合的混合物是涡下高速均质化(WiseTis®HG-15D,帝科学、首尔,韩国))在5000转10分钟。然后,首席执行官这种(CEO-NE)被声波降解法从粗获得乳剂在750瓦,振幅40% 10分钟使用超音速Vibra-Cell™(美国风投750,新城,CT)。

2.4。液滴的大小,多分散性指数(PDI)和Zeta CEO-NE的潜力

平均液滴大小,多分散性指数(PDI)和电动电势CEO-NE被动态光散射(DLS)测量,使用电动电势和粒度分析仪(elsz - 1000,大冢电子、东京、日本)。1毫升样品被加载到聚苯乙烯乳胶细胞,和平均测量液滴的大小和PDI 25°C,探测器角度90°,波长为633 nm。每个样本至少测量3次,平均价值。

2.5。制备CEO-NE /海藻酸Biocomposite电影

海藻酸钠(4 g)分散在200毫升蒸馏水和20% (w/w基于海藻酸)添加了甘油作为增塑剂,以避免脆性的电影。实现完整的色散,混合物在室温下不断搅拌过夜使用电磁搅拌器在300 rpm。准备电影,nanoemulsion含有4% (v/v)首席执行官被加入到海藻酸悬挂在比率从20到40% (v/w藻朊酸盐解决方案)。混合物受到高速均质化的8000 rpm 10分钟得到成膜解决方案。海藻酸成膜溶液没有首席执行官被用作控制。成膜解决方案是玻璃板脱气和演员能经受考验。那么,解决方案是干在烤箱35°C 24 h。干膜进一步在25°C和50% RH条件评估之前48 h。

2.6。的颜色Biocomposite电影

biocomposite电影是决定的颜色色度计(cr - 400、美能达、东京、日本)。电影标本放在白色的标准板( , ,和 ),和明度( )和色度参数(红绿),(瞳)测量。三个读数在不同网站的每部电影都被记录下来,和平均值。总色差( )确定如下(16]: 在哪里 , ,和的颜色参数值标准吗 , ,和是这部电影的颜色参数值样本。

2.7。水分含量

biocomposite电影的水分含量是决定通过减肥经历了由薄膜烘箱干燥24小时后在90°C到一个恒定的干重。这个温度是选择避免损失的CEO和增塑剂16]。

2.8。机械性能

膜厚测量使用手册数字化测微计(MDC-25MJ三丰公司有限公司、神奈川、日本)到最近的0.001毫米。测量是在每个电影10个随机位置,并计算平均值。biocomposite电影的力学性能进行了测试使用万能试验机(UTM;茨威格Z010TN,茨威格GmbH & Co . KG,乌尔姆,德国)根据ASTM D882标准方法(17)做了一些调整。首先,电影在矩形条削减 预先处理和48 h在25°C和50% RH评估。电影是夹紧抓住,然后在扩展力和变形都被记录下来。控制距离是50毫米,应变速率是50米/分钟。拉伸强度、断裂伸长率和biocomposite电影的杨氏模量测量根据ASTM D882 [17]。

2.9。扫描电子显微镜(SEM)

biocomposite薄膜的断裂表面的微观结构中获得机械分析检查使用扫描电子显微镜(日立s - 4800 FE-SEM,日立公司(Hitachi Ltd .),东京,日本)的加速电压3.0 kV。电影是安装在试样架使用碳带和气急败坏的一层薄薄的锇使用等离子体涂层1 s锇涂布机(美国OPC-60A西切斯特,PA)。

2.10。抗菌活性CEO-NEs和Biocomposite电影

阀瓣扩散方法用于调查的抗菌活性CEO-NE根据发表的方法做了一些调整18,19]。细菌悬液在10⁸CFU /毫升是分布在板块包含营养琼脂培养基。该报盘是无菌接种培养基表面放置;30μL CEO-NE补充道,在室温下了30分钟足够石油扩散前孵化24小时37°C。然后测量抑菌圈。

CEO-NE /海藻酸的抗菌活性测试biocomposite电影也使用阀瓣扩散(抑菌圈)方法与一些修改(20.]。电影被切成18毫米圆形形状,然后无菌放在营养broth-agar板块之前接种细菌(10 0.15毫升的测试⁸CFU /毫升)。盘子被孵化24小时37°C。观察对角线上的抑制区周围的电影和电影和介质表面之间的接触面积。

2.11。统计分析

测量粒子特征,颜色、力学性能和抗菌活性进行了一式三份,和数据表示为 (SD)。统计分析了使用SPSS 20.0版(美国SPSS Inc .,芝加哥,IL)。显著差异在治疗由方差分析(方差分析)和邓肯的多个测试范围。是水平的意义 。

3所示。结果与讨论

3.1。首席执行官的组成

gc - ms分析表明,CEO的主要成分是(E肉桂醛,占总峰面积的60.99%。这个结果被预期为肉桂醛是肉桂油的主要成分。其他主要化合物在首席执行官肉桂醛二甲缩醛(10.48%)、丁香酚(5.36%),也以其抗菌效果,石竹烯(4.26%)。首席执行官的构成了表1。

3.2。描述的CEO-NE

CEO浓度均值的影响液滴大小,PDI,电动电势的CEO-NE显示在图中1。这些参数已被证明有重要影响的颜色和力学性能可食用的电影(15]。平均液滴的大小CEO-NE显著( )石油浓度的增加而增加,与最小的液滴大小(55.8 nm)获得1% (v/v精油(图)1(一))。 是可取的,因为他们也增强属性,导致平滑和稳定的电影21,22]。PDI价值被定义为测量液滴大小分布的异质性。PDI值接近于0指示大小均匀分布,而PDI值接近1表明异构大小分布(15]。这一研究获得的PDI介于0.16和0.26之间,表明获得的CEO-NE是均匀的。

的电动电势CEO-NE图所示1 (b)。的ζ电位CEO-NE−−15.16和28.74 mV之间不等。尽管80年非离子表面活性剂渐变,CEO-NE滴表现出高度-电动电势,这可以归因于阴离子脂肪酸分子的吸附的油相15]。此外,CEO-NE阻碍了经济增长金黄色葡萄球菌和大肠杆菌细菌,尤其对后者的观察有效抑制区域的大小(分别为13和20毫米,浓度为4%v/v)(数据未显示)。

3.3。机械性能CEO-NE /海藻酸Biocomposite电影

CEO-NE /海藻酸biocomposite电影的力学性能特点是测量抗拉强度( ),断裂伸长率(百分比 ),和杨氏模量( ),代表的伸展能力,灵活性,分别和刚性的电影。获得的结果在图所示2。的 , ,和控制电影的15.6 MPa, 23.7%,分别和265.0 MPa。没有明显的( )差异的TS CEO-NE海藻酸/海藻酸biocomposite电影和控制电影观察。尽管一些研究报道,精油除了聚合物膜配方往往削弱了影片通过减少组织内的凝聚力量(15,20.,23),在这里我们获得耐CEO-NE /海藻酸复合薄膜。这一结果可以归功于石油[的塑化能力24]。的CEO-NE-alginate膜显著降低( )随着合并CEO-NE的数量增加,而增加低浓度CEO-NE但减少超过30% CEO-NE时融入这部电影。的减少可以解释为降低影片的密度和刚度矩阵更CEO-NE成立(24,25]。EB在高油浓度的下降已经被一些研究者提到[20.),尽管其他的研究报道相反的(15,23]。这种缺乏一致性的结果报道可能是由于不同的聚合物之间的相互作用和精油用于准备各种电影。这里,有可能是不连续的形成在高CEO-NE浓度创建强调地区电影矩阵,导致破裂,从而降低了(26,27]。

3.4。扫描电子显微镜(SEM)

断裂表面的显微图后准备电影打破(postmechanical测试)被送往检验nanodroplet组织的影响以及膜上的生物聚合物矩阵属性。SEM图像如图3对应的断裂表面海藻酸(控制)电影和CEO-NE含不同浓度。的CEO-NE更高浓度诱导显著的微观结构的变化如图3 (d)和3 (e)。biocomposite电影与CEO-NE展出一个粗糙的外观和大的不连续或cavity-like结构,这可以归因于油滴的迁移对薄膜的表面在接触空气和进一步挥发,当水蒸发膜处理期间(15,28]。此外,CEO-NE浓度较高时,油滴的表面面积增加,导致大孔或洞,导致亲脂性的化合物之间的异构生物聚合物网络形成和海藻酸,从而减少chain-to-chain互动(15]。

3.5。水分和颜色的Biocomposite电影

表2显示了水分和颜色明度参数( ),红色( ),黄色( ),和总色差( )控制(纯海藻酸)电影和含有不同浓度的CEO-NE biocomposite电影。控制和高CEO-NE biocomposite电影内容表现出较高的水分含量比一个中间合并CEO-NE,虽然差异小,电影的含水量保持在10% - -12%左右。Jouki et al。16)将含水率的增加归因于甘油含量在影片中,而Ghasemlou et al。23)认为水分增加可能是由于精油的疏水性,已直接影响电影的保水性。

控制电影出现明确的和透明的,而添加CEO-NE显示显著( )对电影的颜色和透明度的影响。的增加较高的价值反映了增加黄色CEO-NE浓度。这个结果是类似报道alginate-based电影将大蒜油(20.]。总色差( )也增加了CEO-NE纳入电影的数量增加。的减少值,则说明电影黑暗增加CEO-NE浓度。这个结果符合之前的报道,乳化卡拉胶和淀粉电影变得不那么透明的精油(21,23]。这种黑暗效应归因于漫反射率的增加光散射造成的脂质滴,既降低了影片的光散射强度和白度指数(23]。因此,制造CEO-NE /海藻酸biocomposite电影成为略黄,倾向于使更多CEO-NE成立。

3.6。抗菌活性

CEO-NE并入海藻酸导致biocomposite电影与抗菌活性。抑制区显著增加( )随着石油浓度检测微生物(表3和图4)。CEO-NE /海藻酸biocomposite电影对革兰氏阴性特别有效美国沙门氏菌感染,表现出最大的抑制光晕中微生物测试,其次是革兰氏阳性b的仙人掌和金黄色葡萄球菌。控制电影没有抗菌效果观察。多项研究表明,肉桂具有强大的和一致的针对各种食品腐败微生物的抑制效果8]。早些时候的研究表明,肉桂油的抗菌活动主要是因为其主要成分桂皮醛和肉桂酸以及其他化合物的存在包括香芹酚和丁香酚(8,9]。这里,CEO的gc - ms分析用于制定发现,肉桂醛,丁香酚的主要化合物也是一个主要组件。此外,一些萜类化合物也出现在首席执行官,也导致了其抗菌性能。丁香酚羟基可能与蛋白质反应从而抑制酶的作用,和疏水性化合物也可能造成损害的外膜革兰氏阴性细菌细胞壁,释放脂多糖(9,19,29日]。减少细胞内ATP可能是另一种解释为抗菌活性(7]。此外,首席执行官的作用机制金黄色葡萄球菌可能是由于细胞内钾离子的泄漏从细菌的细胞29日]。

抑制区获得使用电影时也比同CEO-NEs,这也可能被解释成聚合物矩阵对的保护行动的迅速蒸发精油以及持续释放的挥发性化合物中嵌入聚合物。

观察到的抗菌活性大肠杆菌同意之前的研究[7肉桂油和肉桂醛是纳入alginate-based可食用的外套。然而,食用外套装有精油的应用减少苹果导致果实的感官性状变化,特别是当在高浓度石油增加了;因此,发达的电影的评价使用实际的食品也是必要的。

4所示。结论

制造CEO-NE /海藻酸biocomposite电影含有肉桂精油这种(CEO-NEs)展示了强大的抗菌活性对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌。增加石油浓度没有明显影响的物理和力学性能biocomposite电影,这是有利的,因为高浓度的精油必须实现实质性的抗菌效果在食品的应用。因此,biocomposite电影这里开发有潜力作为活跃的电影在一些食品包装应用。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究受到了Keimyung大学2016年的研究资助。