توصيفگر ها :
پلي‌لاكتيك اسيد , اتيل سلولز , پلاسماي تخليه سد دي‌الكتريك , كيتوزان , پپتيدهاي زيست‌فعال جوانه گندم , پوشش‌دهي , آنتي‌اكسيدان , ضدميكروبي
چكيده فارسي :
در اين مطالعه از پلي‌لاكتيك اسيد (PLA) و اتيل سلولز (EC) براي تهيه فيلم‌هاي زيست‌تخريب‌پذير، با استفاده از اكسترودر تك ماردون آزمايشگاهي به همراه دستگاه مخلوط‌كن غلتكي استفاده شد. در ادامه خواص مورفولوژيكي، مكانيكي، فيزيكي و حرارتي فيلم‌هاي آميزه مورد بررسي قرار گرفت. طيف‌هاي FTIR و الگوهاي XRD به ترتيب برهمكنش جزئي بين PLA و EC و ساختارهاي آمورف در آميزه‌ها را نشان داد. افزودن EC به فيلم PLA خالص، شفافيت فيلم‌ها را كاهش داده و آن را براي بسته‌بندي مواد حساس به نور مناسب مي‌كند. اندازه‌گيري خواص مكانيكي نشان داد كه ازدياد طول در هنگام شكست (EAB) براي فيلم‌هاي مخلوط حدود 6/2 برابر افزايش يافت، اين امر نشان‌دهنده‌ي اثر فاصلهدهندگي EC بين زنجيره‌هاي PLA بوده كه موجب بهبود فرايندپذيري آميزه‌ها مي‌گردد. ازآنجايي‌كه انعطاف‌پذيري عامل مهمي در شكل‌دادن به مواد بدون ايجاد ترك و شكستگي است، فيلم‌هاي تركيبي PLA/EC مي‌تواند كانديد مناسبي براي كاربرد در بسته‌بندي و توليد ظرف باشد. باتوجه‌به نتايج DSC، دماي انتقال شيشه‌اي (Tg) در آميزه‌ها 2 الي 3 درجه‌ي سلسيوس كاهش يافت. به دليل وجود يك Tg منفرد در نمودار آميزه‌ها، مي‌توان نتيجه‌گيري كرد كه EC امتزاج‌پذيري نسبي با PLA داشت. بهبود زيست‌تخريب‌پذيري پس از تيمار با آلكالاز و دفن در خاك و توانايي توليد فيلم‌هاي آميزه با ضخامت كمتر و سطح صاف‌تر نسبت به فيلم PLA خالص، از ديگر مزاياي اضافه‌كردن EC به ماتريس PLA بود. توليد فيلم با اكسترودر و مخلوط‌كن غلتكي منجر به اختلاط بهتر پليمرها، كاهش احتمال سوختگي و كنترل آسان‌تر ضخامت فيلم نسبت به ساير روش‌هاي اختلاط مذاب گرديد. همچنين عدم استفاده از حلال‌هاي سمي، زمان كوتاه آماده‌سازي فيلم و امكان توليد فيلم با اندازه‌ي بزرگ از جمله برتري‌هاي آن نسبت به روش ريخته‌گري محلول بود. در ادامه بر‌اساس نتايج بدست آمده، از فيلم آميزه PLA/EC حاوي 50 درصد EC براي تهيه‌ي فيلم‌هاي فعال استفاده گرديد. براي اصلاح سطح، افزايش چسبندگي و ايجاد گروه‌هاي قطبي بر روي سطح فيلم، تيمار پلاسماي تخليه سد دي‌الكتريك (DBD) در 20 كيلوولت به مدت 5، 10 و 15 دقيقه انجام شد. باتوجه‌به نتايج ATR-FTIR، AFM، SEM، زاويه تماس و حلاليت آبي، تيمار 5 دقيقه‌اي پلاسما به‌عنوان تيمار بهينه انتخاب گرديد. افزايش زبري سطح و ايجاد گروه‌هاي عاملي حاوي اكسيژن (به‌عنوان مثال، C=O و OH-) سبب تسهيل پوشش‌دهي تركيبات زيست‌فعال بر روي فيلم شد. در مرحله‌ي بعد پپتيدهاي زيست‌فعال (PEP) بدست‌آمده از هيدروليز آنزيمي (آلكالاز) ايزوله‌ي پروتئين جوانه‌ي گندم با درجه هيدروليز 63/46% و كيتوزان (CH) براي پوشش‌دهي و توليد فيلم‌هاي فعال مورداستفاده قرار گرفت. بدين منظور از پوشش‌دهنده‌ي دوراني براي ايجاد يك‌لايه‌ي بسيار نازك و يكنواخت و تنها در يك طرف فيلم استفاده شد. فيلم‌هاي پوشش داده شده با PEP، فعاليت آنتي‌اكسيداني بهتري نسبت به نمونه‌هاي پوشش داده شده با CH-PEP و CH داشت. نتايج فعاليت ضدميكروبي نشان داد كه فيلم‌هاي فعال حاوي PEP قادر به كاهش رشد باكتري‌هاي گرم منفي اشريشيا كلي و گرم مثبت استافيلوكوكوس اورئوس مي‌باشد. از نظر خواص ضدباكتريايي، فيلم پوشش داده شده با PEP قابل‌رقابت با نمونه‌ي داراي CH بود. ازاين‌رو، فيلم فعال PLA/EC حاوي پپتيدهاي زيست‌فعال جوانة گندم مي‌تواند يك فيلم اميدواركننده براي توليد بسته‌هاي آنتي‌اكسيداني و ضدباكتريايي باشد.
چكيده انگليسي :
In this study, polylactic acid (PLA) and ethyl cellulose (EC) were used to prepare biodegradable films using a single extruder along with a roller mixer machine. Next, the morphological, mechanical, physical and thermal properties of the blend films were investigated. The FTIR spectra and XRD patterns of the films indicated a partial interaction between PLA and EC and amorphous structures in the blend films, respectively. The addition of EC to pure PLA film reduces the transparency of the films, making it suitable for packaging light-sensitive food products. The measurement of mechanical properties showed that the elongation at break (EAB) of the blend films increased by about 2.6 times, this indicated the EC spacing effect between PLA chains, which improved the processability of the blends. Since flexibility is an important factor in shaping materials without cracking and breaking, PLA/EC blend films can be a good candidate for application in packaging. According to DSC results, glass transition temperature (Tg) in the blend films decreased by 2-3 degrees Celsius, and due to the presence of a single Tg in the graph of the blends, EC had relative miscibility with PLA. Biodegradability improvement after treatment with alcalase and soil burial and the ability to produce blend film with less thickness and smoother surface than pure PLA film were other advantages of EC addition. Better mixing, minimizing the burns, producing large-size films in a short time, not using toxic solvents, and commercializing and continuously producing films are the advantages of this method of this method of film production. According to the obtained results, PLA/EC blend film containing 50% EC was used to prepare active films. Dielectric barrier discharge (DBD) plasma treatment was performed at 20 kV for 5, 10 and 15 min to modify the surface, increase adhesion and create polar groups on the film surface. According to the results of ATR-FTIR, AFM, SEM, contact angle and water solubility, plasma treatment for 5 min was selected as the optimal treatment. Increasing the surface roughness and creating functional groups containing oxygen (for example, C=O and -OH) facilitated the coating of bioactive compounds on the film. In the next step, bioactive peptides (PEP) obtained from enzymatic hydrolysis (alcalase) of wheat germ protein isolate and chitosan (CH) were used for coating and production of active films. For this purpose, a spin coater was used to create a very thin and uniform layer on only one side of the film. Films coated with PEP had better antioxidant activity than samples coated with CH-PEP and CH. The results of antimicrobial activity showed that active films containing PEP are able to reduce the growth of Gram-negative Escherichia coli and Gram-positive Staphylococcus aureus. In terms of antibacterial properties, PEP-coated film was competitive with CH-coated. Hence, the obtained PEP-coated PLA/EC film could be a promising candidate for antioxidant and antibacterial food packaging.
