خواص باکتری کشی اتیلن سبک (LDPE) اصلاح شده با افزودنی های تجاری مورد استفاده برای محافظت از مواد غذایی در صنایع غذایی
این مطالعه به بررسی تأثیر دو نگهدارنده های غذایی تجاری موجود ناتامکس (حاوی ناتامایسین) و نیساپلین (حاوی نایسین) بر خواص ضد میکروبی فیلم اتیلن سبک (LDPE) می پردازد که معمولآ در بسته بندی مواد غذایی کاربرد دارند. مطالعات نشان داده اند که افزودن 3 درصد ناتامکس یا 5 درصد نیساپلین یک لایه LDPE با خواص ضد میکروبی بالا ایجاد می کند. بیوسیدهای اعمال شده تأثیر قابل ملاحظه ای بر استحکام و خواص رئولوژیکی LDPE نداشتند. با این حال، تفاوت در خواص نوری مشاهده شد. شفافیت نمونه ها با افزودن 3 یا 5 درصد ناتامکس اندکی کاهش یافت. تغییر قابل توجهی در کدری فیلم مشاهده شد. با افزودن 5 درصد ناتامکس، این پارامتر تقریبآ تا 80 درصد افزایش یافت در حالی که افزودن 5 درصد نیساپلین آن را تا 19 درصد بالا برد. هر دو عامل ناتامکس و نیساپلین را می توان با موفقیت در صنایع بسته بندی مواد غذایی با هدف محافظت ضد میکروبی به کار برد. برخلاف نیساپلین، ناتامکس خواص باکتری کشی بالایی از خود نشان داد.
علیرغم توسعۀ گستردۀ فناوری نوآورانه با کمک مواد پلیمری در صنایع ساختمانی، پزشکی و اخیرآ در چاپ سه بعدی، یکی از مهم ترین صنایع با استفاده حدود 40 درصد از این مواد اولیه صنعت بسته بندی است. با وجود معرفی و ارائۀ مواد زیست تخریب پذیر زیادی به بازار، اما به دلیل دسترسی محدود به نفت خام و افزایش قیمت مواد اولیه حاصل از این منابع زیست تخریب پذیر، موفق ترین یا پرکاربردترین مواد عبارتند از: اتیلن سبک (LDPE)، اتیلن سنگین (HDPE)، پلی اتیلن ترفتالات (PET) و پلی استایرن (PS). از بین این موارد گفته شده، LDPE استفادۀ زیادی در بسته بندی دارد. میزان محبوبیت استفاده از پلاستیک ها به روش های پردازش آنها مربوط می شود. انتخاب مواد برای صنعت بسته بندی به عواملی همچون فرایندپذیری خوب، دوام بالا، خواص بازدارندگی و امکان ایجاد مواد چندلایه یا خواص فعال دیگری مانند بیوسیدال و بیواستاتیک بستگی دارد. از زمان شروع همه گیری ویروس سارس-کووید-2 در سال 2020، تمایل جهانی به مواد بیوسیدال علیه ویروس ها و سایر میکروارگانیسم ها را به شدت افزایش داده است. وجود ویروس ها، باکتری ها یا قارچ های بیماری زا باعث نگرانی های اجتماعی شده است. توسعه خلاقانۀ این مواد از مواد ضدعفونی کننده و از طریق ابزارهایی که ایمنی میکروبیولوژیکی را تضمین می کنند، علاوه بر اقدامات گسترده به منظور توسعه مواد جدید در حوزه زیست پزشکی آغاز شد. یافتن بیوسیدال های جدید ساخته شده از نانوذرات فلزی یا مواد طبیعی به سرعت پیش رفت.
در صنعت بسته بندی، محافظت میکروبیولوژیکی عامل مهمی است که پتانسیل افزایش ماندگاری محصول بسته بندی شده و همچنین بهبود ایمنی لایۀ بیرونی بسته را دارد. انتظار می رود درصورت ترکیب با اتمسفر ومانع اصلاح شده، بتوان به طور قابل ملاحظه ای تازگی محصولات بسته بندی شده را به حداکثر رساند؛ برای مثال از 3 روز به 13 روز. این مطالعه بر خواص باکتری کشی در بسته بندی گوشت، لبنیات و نان متمرکز است. از بین پلاستیک های تجاری موجود با خواص باکتری کشی، اکثر آنها در حال حاضر با نانوذرات فلزی اصلاح شده اند که پرکاربردترین آنها، نانو نقره است که هر روز بر مقبولیت آن افزوده می شود. با اینکه تحقیقات انجام شده نشان می دهد که نانوذرات پس از استفادۀ طولانی مدت، علیرغم اثربخشی ضد میکروبی خوبی که دارند، ممکن است اثرات منفی بر محیط زیست و سلامت انسان داشته باشند، امروزه بر استفاده از مواد طبیعی برای بسته بندی مواد غذایی بیشتر تأکید شده است. از بین مواد طبیعی مناسب برای این کار می توان به دو گروه اصلی اشاره کرد: اول، عصاره های گیاهی با خواص آنتی اکسیدانی و آنتی بیوتیک؛ دوم، باکتریوسین ها یا مواد مشابه تولید شده توسط میکروارگانیسم ها. با این حال، اغلب با وجود دوز بالاتر مواد پلیمری، تأثیر باکتری کش های طبیعی بسیار کمتر از نانوذرات است. علاوه براین، مشکلاتی در مورد دمای بالای پردازش پلیمری وجود دارد که اغلب از تجزیۀ سریع ترکیبات طبیعی آنها جلوگیری می کند. از سوی دیگر، استفاده از مواد طبیعی تولید شده توسط میکروارگانیسم ها مانند ناتامایسین، نایسین، آستاگزانتین، پلانتاریسایکلین، لاکتیکین اغلب سود اقتصادی به همراه ندارند اما علیرغم نتایج موفقیت آمیز حاصل از تحقیقات آزمایشگاهی، از آنها در صنایع استفاده نمی شود. در همین حال، استفاده از محصولات تولید شده از مواد طبیعی مانند نایسین یا ناتامایسین به منظور افزایش ماندگاری محصولات غذایی سال هاست که انجام می شود. یکی از تولیدکنندگان اصلی این محصولات DuPont Danisco است که نیساپلین حاوی نایسین و ناتامکس حاوی ناتامایسین را تولید می کند.
ناتامایسین که به نام پیماریسین نیز شناخته می شود، یک ضدمیکروب طبیعی و همه کاره است که از رشد قارچ ها در غذاها، نوشیدنی ها و همچنین غذای حیوانات جلوگیری می کند. ترکیبات آن، تترا انپلین ماکرولید با وزن مولکولی 665.7 دالتون است. ناتامایسین تجاری تولید شده از تخمیر در محیط های حاوی گلوکز توسط سویه های انتخابی (مانند استرپتومایسس ناتالنسیس) حاوی 50 درصد ناتامایسین مخلوط با لاکتوز است. بسیاری از مطالعات نشان می دهد که ناتامایسین علیرغم اثربخشی بسیار قوی بر قارچ ها، تأثیر چندانی بر باکتری ها و ویروس ها ندارد. این نکته توسط مطالعات کارآیی تخمیر تأیید شده است که برای مثال در نگهداری محصولات لبنی از اهمیت بالایی برخوردار است. بررسی های کمتری از فعالیت در برابر سویه های باکتریایی بیماری زا وجود دارد. با این حال، یکی از مطالعات انجام شده در مورد ناتامایسین فعالیت آنتی باکتریال آن را بیان می کند. اثربخشی این بیوسید در برابر سویه های مخمر بیماری زا مانند Rhodotorula mucilaginosa و Candida parapsilosis به اثبات رسیده است.
نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که افزودن بیوسیدهای طبیعی در قالب افزودنی های تجاریِ ناتامکس و نیساپلین در حین فرایند اکستروژن باعث ایجاد فیلم های LDPE با محافظت ضد میکروبی در برابر باکتری E.colin و S.aureus می شود. در نمونه های حاوی 3 درصد ناتامکس، عملکرد بالایی مشاهده شد در حالی که همین اثربخشی مشابه با افزودن 5 درصد نیساپلین نیز حاصل شد. می توان از فیلم های توسعه یافته بعنوان یک مادۀ مناسب برای بسته بندی مواد غذایی من جمله گوشت با اثرات ضد میکروبی استفاده کرد. مهم ترین تغییر در فیلم ناتامکس کاهش شفافیت و بالا رفتن کدری است که استفاده از آن را در صنعت بسته بندی مواد غذایی غیرممکن می کند. در نتیجه، نکته مهم این است که هیچ تأثیر قالا توچهی از بیوسیدهای بکار رفته بر خواص مکانیکی فیلم LDPE مشاهده نشد.
