Chemistry Researches

Chemistry Researches

تهیه و بررسی فیلم‌های پلی‌اتیلن حاوی کیتوسان، نانوذرات روی اکسید و کافئین با ویژگی­های همزمان ضد باکتریایی و آنتی اکسیدانی برای بسته ‌بندی مواد غذایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
ایران، اهواز، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده علوم، گروه شیمی
10.22036/cr.2025.513811.1270
چکیده
در این مطالعه، تولید و ارزیابی فیلم‌های پلی‌اتیلن سبک خطی (LLDPE) اصلاح‌شده برای بسته‌بندی مواد غذایی و بهداشتی بررسی شده است. با توجه به نیاز به بهبود عملکرد زیستی و افزایش ایمنی بسته‌بندی، مستربچ‌های حاوی کیتوسان (Chitosan)، نانوذرات روی اکسید (ZnO) و کافئین (Caffeine) به پلی‌اتیلن سبک خطیگرافت شده با مالئیک انیدرید (LLDPE-g-MAH) افزوده شده‌اند تا تأثیرشان بر خواص ضدباکتریایی، آنتی‌اکسیدانی و ویژگی‌های مکانیکی فیلم‌های تولیدی بررسی شود. نتایج نشان داد که افزودن این مواد زیست‌فعال به ساختار پلیمری، به افزایش قابل‌توجه مقاومت فیلم‌ها در برابر رشد میکروارگانیسم‌ها و تقویت ظرفیت آنتی‌اکسیدانی آنها منجر گردید. این اصلاح ساختاری، افزایش ماندگاری محصولات بسته‌بندی‌شده و کاهش احتمال فساد مواد غذایی را به‌دنبال خواهد داشت. همچنین، بررسی ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی نشان داد که استفاده از این افزودنی‌ها در غلظت‌های مناسب، بدون ایجاد اثرات منفی بر استحکام کششی و انعطاف‌پذیری، امکان تولید فیلم‌هایی با عملکرد مطلوب و پایدار را فراهم می‌آورد. این تحقیق می‌تواند گامی مؤثر در توسعه فیلم‌های پلیمری زیست‌فعال با ویژگی‌های بهینه برای مصارف ایمن و پایدار در صنایع بسته‌بندی باشد و به کاهش ضایعات مواد غذایی و بهبود کیفیت نگهداری آن‌ها کمک کند.

چکیده تصویری

تهیه و بررسی فیلم‌های پلی‌اتیلن حاوی کیتوسان، نانوذرات روی اکسید و کافئین با ویژگی­های همزمان ضد باکتریایی و آنتی اکسیدانی برای بسته ‌بندی مواد غذایی
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Preparation and Evaluation of Polyethylene Films Containing Chitosan, Zinc Oxide Nanoparticles, and Caffeine with Simultaneous Antibacterial and Antioxidant Properties for Food Packaging

نویسندگان English

Ali Reza Kiyasat
Kazem Noor Bakhsh
چکیده English

In this study, the production and evaluation of modified linear low-density polyethylene (LLDPE) films for food and health packaging applications have been investigated. Given the need to improve biological performance and enhance packaging safety, masterbatches containing chitosan, zinc oxide nanoparticles (ZnO), and caffeine have been added to maleic anhydride-grafted linear low-density polyethylene (LLDPE-g-MAH) to examine their effects on the antibacterial, antioxidant, and mechanical properties of the produced films. The results showed that the addition of these bioactive materials to the polymer structure led to a significant increase in film resistance against microorganism growth and enhancement of their antioxidant capacity. This structural modification will result in increased shelf life of packaged products and reduced probability of food spoilage. Furthermore, examination of physical and mechanical properties demonstrated that the use of these additives at appropriate concentrations, without creating negative effects on tensile strength and flexibility, enables the production of films with optimal and stable performance. This research can be an effective step in developing bioactive polymer films with optimal characteristics for safe and sustainable applications in packaging industries and contribute to reducing food waste and improving food storage quality.

کلیدواژه‌ها English

antioxidant properties
antibacterial properties
caffeine
chitosan
zinc oxide nanoparticles
[1] J. H. Han, Innovations in Food Packaging, 2nd ed. Elsevier, (2014). 
[3] G. L. Robertson, Food Packaging: Principles and Practice, 3rd ed. CRC Press, (2016). 
[6] T. V. Duncan, "Applications of nanotechnology in food packaging and food safety: Barrier materials, antimicrobials, and sensors," J. Colloid Interface Sci., 363 (2011) 1-24.
[7] S. Azlin-Hasim, M. C. Cruz-Romero, M. A. Morris, E. Cummins, and J. P. Kerry, "Effects of a combination of antimicrobial silver low density polyethylene nanocomposite films and modified atmosphere packaging on the shelf life of chicken breast fillets," Food Packag. Shelf Life, 4 (2015) 26-35.
[8] J. Ahmed, Y. A. Arfat, H. Al-Attar, R. Auras, and M. Ejaz, "Rheological, structural, ultraviolet protection and oxygen barrier properties of linear low-density polyethylene films reinforced with zinc oxide (ZnO) nanoparticles," Food Packag. Shelf Life, 13 (2017) 20-26.
[9] L. M. T. Martinez, O. V. Kharissova, and B. I. Kharisov, "Chitosan-zinc oxide nanoparticle composite coating for active food packaging applications," Food Bioprocess Technol., 10 (2017) 654-670.
[10] R. Khaksar and S. N. Ostad, "Effective antimicrobial materials based on low-density polyethylene (LDPE) with zinc oxide (ZnO) nanoparticles," Mater. Chem. Phys., 219 (2018) 32-41.
 [11] E. Mohebi and L. Marquez, "Low-Density Polyethylene Films Carrying ferula asafoetida Extract for Active Food Packaging: Thermal, Mechanical, Optical, Barrier, and Antifungal Properties," Adv. Polym. Technol., 2020 (2020) 4098472.
[12] S. da C. Brito, J. D. Bresolin, K. Sivieri, and M. D. Ferreira, "Low-density polyethylene films incorporated with silver nanoparticles to promote antimicrobial efficiency in food packaging," Food Sci. Technol., 40 2020) 168-176.
[13] C. Rodriguez-Gonzalez, M. Fernandez-Garcia, and J. B. Gonzalez-Campos, "Antibacterial LDPE films for food packaging application filled with metal-fumed silica dual-side fillers," Food Packag. Shelf Life, 29 (2021) 100703.
[14] R. M. Younes et al., 'Review on antimicrobial properties of chitosan against bacteria, fungi and algae,' J. Appl. Environ. Biol. Sci., 5 (2015) 43-49.
[15] L. Kong et al., 'Antibacterial properties of chitosan and mode of action: A state of the art review,' Int. J. Food Microbiol., 44 (2010) 51-63.
[16] M. Rabea et al., 'Chitosan as antimicrobial agent: Applications and mode of action,' Biomacromolecules, 4 (2003) 1457-1465.
[17] A. Azam et al., 'Size-dependent antimicrobial properties of ZnO nanoparticles against Gram-positive and -negative bacterial strains,' Int. J. Nanomedicine, 7 (2012) 6003-6009.
[18] A. Sirelkhatim et al., 'Review on zinc oxide nanoparticles: Antibacterial activity and toxicity mechanism,' Nano-Micro Lett., 7 (2015) 219-242.
[19] A. Premanathan et al., 'Selective toxicity of ZnO nanoparticles toward Gram-positive bacteria and cancer cells by apoptosis through lipid peroxidation,' Nanomedicine, 7 (2011) 184-192.
[20] T. Padmavathy and R. Vijayaraghavan, 'Enhanced bioactivity of ZnO nanoparticles—An antimicrobial study,' Sci. Technol. Adv. Mater., 9 (2008) 035004.
[21] J. D. Arnaud, 'Caffeine: Chemistry and physiological effects,' Springer Science, (1987).
[22] E. Devasagayam et al., 'Caffeine as an antioxidant: Inhibition of lipid peroxidation induced by reactive oxygen species,' Biochim. Biophys. Acta, 1282 (1996) 63-70.
[23] Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI), Performance Standards for Antimicrobial Susceptibility Testing, CLSI Supplement M100, 30th ed., (2020).
[24] A. W. Bauer et al., 'Antibiotic susceptibility testing by a standardized single disk method,' Am. J. Clin. Pathol., 45 (1966) 493-496.
[25] M. S. Blois, 'Antioxidant determinations by the use of a stable free radical,' Nature, 181 (1958) 1199-1200.
[26] ASTM D3418-15, Standard Test Method for Transition Temperatures and Enthalpies of Fusion and Crystallization of Polymers by Differential Scanning Calorimetry, ASTM International, (2015).
[27] ASTM E1131-20, Standard Test Method for Compositional Analysis by
Thermogravimetry, ASTM International, (2020).
[28] M. E. Brown and P. K. Gallagher, Handbook of Thermal Analysis and Calorimetry, vol. 1, Elsevier, (1998).
[29] ASTM D882-18, Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting, ASTM International, (2018).
[30] R. Helander, et al., "Chitosan disrupts the barrier properties of the outer membrane of gram-negative bacteria," International Journal of Food Microbiology, 71 (2001) 235–244
[36]  بررسی استفاده از نانوذرات اکسید روی (ZnO) در تولید فیلم‌های ضد میکروبی و زیست تخریب‌پذیر پلی وینیل الکل/اکسید روی (PVA/nano ZnO) و اثر غلظت نانوذرات بر خواص مکانیکی، فیزیکی و ضد میکروبی فیلم‌ها. سیویلیکا، کد مقاله: 283624
[37]  بررسی اثر فیلم نانوکامپوزیتی پلی وینیل الکل/اکسید روی (PVA/nano ZnO) بر خواص فیزیکی، مکانیکی و ضد میکروبی؛ افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش نفوذپذیری به بخار آب. سیویلیکا، کد مقاله: 334396
[38]  مقاله بررسی تأثیر نانو ذرات اکسید روی (ZnO) بر خواص فیزیکی و مکانیکی فیلم‌های زیست تخریب‌پذیر؛ افزایش مقاومت مکانیکی و بهبود ساختار کریستالی. سیویلیکا، کد مقاله: 334386
[39] Burgess, S., Lee, J. S., Mubarak, C. R., et al. (2015). Caffeine anti plasticization of amorphous poly (ethylene terephthalate): Effects on gas transport, thermal, and mechanical properties. Polymer, 65, 92–101. https://doi.org/10.1016/j.polymer.(2015).03.051
[40] S. Mahdavi, et al., Barrier and release properties of MA-modified polyethylene for bioactive packaging, Packaging Technology and Science, 28 (2015) 689-701.
[41] A. A. Azevedo, et al., Migration of caffeine in polyethylene-based active films: modeling and experimental study, Food Packaging and Shelf Life, 23 (2020) 100454.
[45] S. Divya, K. A. Jisha, "Chitosan nanoparticles preparation and applications," Environmental Chemistry Letters, 16 (2018) 101-112.
[46] H. Emamifar, M. Kadivar, M. Shahedi, and M. Soleimanian-Zad, "Evaluation of

  • تاریخ دریافت 15 فروردین 1404
  • تاریخ بازنگری 25 خرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 09 تیر 1404