۲۱۳۳۱پ
per
تولید فیلم‌های بسته‌بندی فعال بر پایه پلی‌پروپیلن دارای مواد آنتی‌اکسیدانی و ضدمیکروبی برای افزایش ماندگاری دونات
Preparation of polypropylene-based active packaging films with antioxidant and antimicrobial materials for increasing doughnut shelf life
/سیده هما فصیح‌نیا
: کشاورزی
، ۱۳۹۷
، میرزائی
۱۶۵ص
چاپی - الکترونیکی
دکتری
علوم وصنایع غذایی-گرایش تکنولوژی مواد غذایی
۱۳۹۷/۱۲/۱۹
تبریز
با توجه به اهمیت افزایش ماندگاری مواد غذایی با در نظر گرفتن اثرات منفی نگهدارنده‌صها بر سلامت و تمایل مصرف‌صکنندگان برای استفاده از مواد غذایی با حداقل مواد افزودنی، فیلم‌های کامپوزیتی فعال بر پایه پلی‌صپروپیلنی برای افزایش ماندگاری دونات بررسی شد .برای این منظور در مرحله اول ماتریس پلیمری با افزودن۲ ، ۴ و ۶ درصد وزنی اسید سوربیک و۱ ، ۲ و ۳ درصد وزنی آنتی‌صاکسیدان‌هایBHA ، BHT و TBHQ به روش اکستروژن با ضخامت۵۰ ۵میکرومتر تهیه شده و خواص فیزیکی، مکانیکی و ویژگی‌صهای فعال آنها مطالعه گردید .نتایج به دست آمده نشان داد افزودن مقادیر بالای سه آنتی‌اکسیدان باعث افزایش مقاومت کششی گردید به طوریکه ۳ درصد BHA و ۲ درصد BHT سبب افزایش ۱۵ و ۵۴ درصدی استحکام کششی شده و فیلم‌های حاوی ۳ درصد BHA و ۱ درصد BHT دارای بیشترین درصد ازدیاد طول بودند .حضور TBHQدر تمامی مقادیر این ویژگی را کاهش داد .(>(۰۵/۰P اسید سوربیک نیز در همه مقادیر باعث افزایش استحکام کششی و کاهش درصد ازدیاد طول فیلم‌ها نسبت به فیلم کنترل شد .افزودن آنتی‌صاکسیدان BHA در مقدار ۳ و BHT در مقادیر ۱ و ۳ درصد وزنی به ترتیب سبب کاهش۵۰ ، ۴۸ و ۵۰ درصدی میزان نفوذپذیری فیلم‌ها به بخار آب گردید، در حالی که TBHQ و اسید سوربیک در تمامی مقادیر،WVP را افزایش دادند .(>(۰۵/۰P الگوهای FTIR به دست آمده مشخص کننده اختلاط فیزیکی مواد افزودنی با ماتریس پلیمری بدون تغییر گروه‌های عاملی مواد بود .شفافیت فیلم‌ها در حضور مواد فعال به ویژه BHA و اسید سوربیک کاهش یافت .آنتی‌اکسیدان‌ها سبب کاهش قرمزی(a * (و زردی(b * (و افزایش تغییرات کلی رنگ (E) و اسید سوربیک نیز سبب افزایش زردی، شاخص زردی (YI) و شاخص سفیدی (WI) فیلم‌ها گردیدند .افزایش غلظت مواد آنتی‌اکسیدانی باعث افزایش میزان مهار رادیکال‌های آزاد DPPH گردید به طوریکه تاثیر آنتی‌اکسیدانی فیلم‌های حاوی ۳ درصد BHT و TBHQ با مهارکنندگی ۷۳ و ۷۰ درصدی بیشترین بود .بررسی خواص ضد باکتری اسید سوربیک نشان داد کمترین میزان رشد باکتری E.coli و S.aureus در فیلم حاوی ۶ درصد وزنی اسید سوربیک به ترتیب با مقادیر ۴۱/۸ و ۴۴/۸ لگاریتم کلونی در هر میلی‌صلیتر (Log cfu/ml) مشاهده شد که در مقایسه با فیلم کنترل با مقادیر ۷۰/۸ و ۶۱/۸ لگاریتم کلونی در هر میلی‌صلیتر به ترتیب ۴/۰ و ۱۷/۰ سیکل لگاریتمی کاهش یافت (>(۰۵/۰P که نشان‌دهنده تاثیر بیشتر فیلم‌ها بر باکتری‌های گرم منفی نسبت به انواع گرم مثبت بود .همچنین این فیلم‌ها به طور قابل توجهی رشد کپک آسپرژیلوس نایجر را مهار کردند .با توجه به نتایج مرحله اول، در مرحله دوم ۳ نمونه فیلم بهینه با مقادیر ۲ درصد اسید سوربیک و ۱ درصدBHT (T۲) ، ۲ درصد اسید سوربیک و ۳ درصد BHA (T۳) و ۲ درصد اسید سوربیک و ۱ درصد BHA و ۱ درصد BHT (T۴) به همراه نمونه پلی‌پروپیلن خالص (T۱) به روش اکستروژن و دمش با ضخامت۶۳/۲۵ ۲۵/۰میکرومتر تهیه گردیدند .بررسی خواص مکانیکی فیلم‌های بهینه نشان‌دهنده افزایش استحکام کششی و کاهش درصد ازدیاد طول بود که بیشترین میزان استحکام کششی مربوط به نمونه T۳(۹۱/۱۷ مگاپاسکال (و بیشترین درصد ازدیاد طول مربوط به نمونه T۱ (۱۵/۲۴ درصد (به دست آمد .میزان نفوذپذیری نسبت به بخار آب، زاویه تماس و مولفه‌های رنگی فیلم‌های بهینه در مقایسه با نمونه کنترل تغییر معنی‌داری نشان نداد(<(۰۵/۰P ، اما BHT موجود در فرمولاسیون فیلم‌های فعال سبب افزایش شفافیت آنها گردید .هر سه نمونهT۲ ، T۳ و T۴ به ترتیب با فعالیت مهارکنندگی۴۰/۸۳ ، ۱۶/۷۲ و ۱۱/۸۹ درصدی در برابر رادیکال‌های آزادDPPH ، فعالیت آنتی‌اکسیدانی بیشتری نسبت به پلی‌پروپیلن خالص داشتند .(>(۰۵/۰P بر خلاف انتظار برای هیچ کدام از فیلم‌ها منطقه بازدارنده در محیط کشت تلقیح شده با کپک A.niger مشاهده نشد .با توجه به تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) ، نمونه T۴ ساختار یکنواخت تری نشان داد .ویژگی‌های حرارتی، دینامیکی و مکانیکی (DMTA) فیلم‌های بهینه، بیشتر تحت تاثیر ماده آنتی‌اکسیدانی BHT قرار داشت به طوریکه حضور این ماده در کامپوزیت‌ها سبب کاهش بیشتر مدول ذخیره، مدول اتلاف و در نتیجه کاهش رفتارهای ویسکوالاستیک و دمای ذوب فیلم‌ها گردید .مهاجرت کل در مشابه مواد غذایی چرب بسیار بیشتر از مشابه‌های مواد اسیدی و مواد آبکی اندازه‌گیری شد که این مساله در نمونه‌های حاوی BHT برجسته بود، با این حال همه مقادیر به دست آمده در محدوده مجاز و مورد تایید استانداردهای ملی و بین المللی) کمتر از ۱۰ میلی‌گرم در دسی متر مربع (قرار داشتند .فیلم‌های کامپوزیتی بهینه به ویژه نمونه حاوی ترکیب سه ماده فعال (T۴) تا ۳ برابر نفوذپذیری بیشتری در برابر اکسیژن نشان دادند .بسته‌بندی دونات‌ها در ۴ نمونه فیلم تهیه شده در مرحله دوم و نگهداری ۷۵ روزه آنها در دمای اتاق نشان داد میزان رطوبت و پراکسید دونات‌های بسته‌بندی شده در پلی‌پروپیلن خالص به طور معنی‌داری کمتر بود .(>(۰۵/۰P با گذشت زمان میزان رطوبت کاهش و میزان پراکسید افزایش یافت که افزایش میزان پراکسید دونات‌ها در طول زمان با بسته‌بندی در فیلم حاوی هر سه ماده فعال (T۴) کمتر بود .اسیدیته دونات بسته‌بندی شده در فیلم کنترل در روز ۲۵ ام به طور معنی‌داری بیشتر از نمونه‌های دیگر بود ولی در زمان‌های دیگر تفاوت قابل توجهی مشاهده نشد .(<(۰۵/۰P بررسی ویژگی ضدمیکروبی فیلم‌های فعال نشان داد در تمامی نمونه‌ها تا ۲ هفته شواهدی از رشد کپک تلقیح شده مشاهده نشد .بیشترین تاثیر ضدمیکروبی فیلم‌های فعال بهینه در طول مدت ۶ هفته به ترتیب مربوط به نمونه‌های T۲ و T۴ بود .به طور کلی، نمونه T۲ حاوی ۲ درصد اسید سوربیک و ۱ درصد BHT با حفظ ویژگی‌های فیلم و اعمال بیشترین ویژگی ضدمیکروبی برای افزایش ماندگاری دونات حداکثر تا ۵۰ روز در دمای اتاق پیشنهاد گردید
Regarding the importance of increasing food shelf life and considering the negative effects of preservatives on health and the consumer's demand for food with minimal additives, polypropylene-based active composite films were investigated to increase the shelf life of Doughnut. For this purpose, in the first step, a polymer matrix was mixed by adding 2, 4 and 6 (w/w) of sorbic acid and 1, 2 and 3 (w/w) of BHA, BHT and TBHQ antioxidants by extrusion method and films with a thickness of 505m was prepared and physical, mechanical, barrier and their active properties were studied. The results showed that adding high levels of three antioxidants increased tensile strength so that 3 BHA and 2 BHT increased the tensile strength by 15 and 54 , and the films containing 3 BHA and 1 BHT had the highest elongation at break. The presence of TBHQ in all values reduced this property (P<0.05). Sorbic acid also increased tensile strength at all levels and decreased elongation at break compared to the control film. Addition BHA in the amount of 3 and BHT in 1 and 3 wt. reduced the water vapor permeability of films by 50, 48 and 50 , respectively. While TBHQ and sorbic acid increased WVP in all quantities (P<0.05). The obtained FTIR patterns indicated the physical mixing of polymeric matrix and additives without changing in the functional groups of the materials. The transparency of films in the presence of active substances decreased, especially in the case of BHA and sorbic acid. Antioxidants reduced redness (a*) and yellowness (b*), and increased total color changes (E) and sorbic acid, also increased yellowness, yellowness index (YI), and whiteness index (WI) of films. Increasing the concentration of antioxidants increased DPPH free radicals inhibition, so that the antioxidative effect of films containing 3 BHT and TBHQ with the highest inhibitions was 73 and 70 , respectively. The study of antibacterial properties of sorbic acid showed that the lowest growth rate of E.coli and S.aureus was for the film containing 6 sorbic acid with 8.41 and 8.44 log cfu/ml. Compared with control film with values of 8/70 and 8/61 log cfu/ml, respectively bacterial growth reduced 0.4 and 0.17 logarithmic cycles (P<0.05), indicating a greater effect of film on gram-negative bacteria than gram-positive ones. The films also significantly inhibited the growth of A.niger. According to the results of the first stage, in the second stage, three optimal active films were obtained with 2 sorbic acid and 1 BHT (T2), 2 sorbic acid and 3 BHA (T3) and 2 sorbic acid, 1 BHA and 1 BHT (T4) as well as pure polypropylene (T1) was prepared by extrusion and blown method with a thickness of 25.630.25m. The mechanical properties of films showed an increase in tensile strength and a decrease in elongation at break which the highest tensile strength was obtained for the T3 (17.91 MPa) and the highest elongation at break was related to the T1 film (24.15 ). WVP, contact angle and color attributes of films did not change significantly (P>0.05), but the BHT in the formulation increased their transparency. T2, T3, and T4 films had a great antioxidant activity in comparison with pure polypropylene with inhibitory activity of 83.40, 72.16 and 89.11 against DPPH, respectively (P<0.05). Unexpectedly, for none of the films, no inhibitory zone was observed againt A.niger. According to scanning electron microscopy images, the T4 film showed more uniform structure than others. The dynamic mechanical and thermal analyses (DMTA) of films demonstrated that it was more affected by the BHT, so that the presence of this material in the composites would further reduce the storage modulus, the loss modulus and thereby reducing viscoelastic behaviors and melting temperature. Total migration in fatty foods simulator was much higher than those in acidic and watery foods, which was prominent in BHT-containing films. However, all amounts were within the scope of the permitted national and international standards (less than 10 mg/dm2). Optimal composite films, in particular the combination of three active substances (T4), showed higheir oxygen permeability up to 3 fold. Doughnut packaging in 4 samples of the optimal films and their 75 day storage at room temperature indicated that moisture content and peroxide value of packed doughnuts in pure polypropylene were significantly lower (P<0.05). During storage, moisture content decreased and peroxide values increased which elevating the amount of peroxide values over time was lower in the film containing all three active additives (T4). The acidity value for doughnust packed in control film on 25th day was significantly higher than others, but for other times there was no significant difference (P>0.05). Analysis of the antimicrobial activity of optimal active films showed that in all samples for 2 weeks no evidence of inoculated mold growth was observed. The most effective antimicrobial effect of active films over the 6 weeks was related to T2 and T4 films, respectively. Consequently, the T2 film containing 2 sorbic acid and 1 BHT was proposed to maintain the film properties and the most antimicrobial properties to increase the shelf life of doughnut maximum up to 50 days in room temperature
Preparation of polypropylene-based active packaging films with antioxidant and antimicrobial materials for increasing doughnut shelf life
فصیح‌نیا، سیده هما
Fasihnia, Seyedeh HomaSurname
پیغمبردوست، سیدهادی، استاد راهنما
پیغمبردوست، سید جمال‌الدین، استاد مشاور
ارومیه‌ای، عبدالرسول، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
