В последние годы спрос на экологичную упаковку для пищевых продуктов значительно вырос. Производители мяса ищут решения, которые продлевают срок хранения. Активная упаковка для мяса становится перспективным направлением. Ученые предложили новую пленку на основе хитозана и лигнина. В нее включены микрокапсулы арганового масла. Пленка защищает мясные продукты от окисления и микробной порчи.
Согласно отраслевым данным, рынок упаковки для мяса растет. К 2026 году он достигнет 12,55 млрд долларов. Сочетание экологичности и функциональности становится главным драйвером. Разработанная пленка демонстрирует антиоксидантные и антибактериальные свойства. Кроме того, она блокирует ультрафиолетовое излучение. Включение микрокапсул повысило антиоксидантную активность с 48,3% до 64,6%. Пленки продлили срок хранения мяса примерно на один день.
Состав и структура активной биопленки
Основу пленки составляет биополимерная матрица из хитозана и лигнина. Хитозан известен способностью к пленкообразованию и биоразлагаемостью. Лигнин обеспечивает защиту от ультрафиолета и антиоксидантные свойства.
Микрокапсулы арганового масла инкапсулированы в альгинатную оболочку. Они равномерно распределены в матрице. Гуммиарабик используется как стабилизирующий и эмульгирующий агент. Такая архитектура защищает биоактивные соединения. Она также обеспечивает их контролируемое высвобождение.
Аргановое масло богато токоферолами, стеролами и ненасыщенными жирными кислотами. Эти компоненты обуславливают его антиоксидантные и антимикробные свойства. Предыдущие исследования показали, что масло подавляет рост патогенных микроорганизмов. Среди них золотистый стафилококк и кишечная палочка. Лигнин получают из скорлупы аргановых орехов как побочный продукт. Он содержит фенольные структуры, поглощающие УФ-излучение. Таким образом, все компоненты пленки работают синергетически.
- Хитозан обеспечивает пленкообразование и антимикробную активность.
- Лигнин добавляет УФ-защиту и антиоксидантные свойства.
- Микрокапсулы арганового масла усиливают антиоксидантный эффект.
- Альгинатная оболочка обеспечивает контролируемое высвобождение.
Антиоксидантные и антибактериальные свойства
Антиоксидантную эффективность пленок оценили с помощью анализа DPPH. Результаты показали значительное увеличение активности после включения микрокапсул.
Антиоксидантная активность
Хитозановая пленка без лигнина показала умеренную активность на уровне 27,3%. Добавление лигнина повысило этот показатель до 48,3%. Наибольшая активность наблюдалась в пленке с микрокапсулами 64,6%. Это улучшение связано с биоактивным составом масла. Оно содержит фенольные соединения, флавоноиды и дубильные вещества.
Аналогичные результаты получили в других исследованиях. Например, аргановое масло ручного прессования обладает сильной антиоксидантной активностью. Это связано с высоким содержанием фенольных соединений. Кроме того, экстракты Argania spinosa проявляют многообещающие антиоксидантные свойства.
Антибактериальный потенциал
Антибактериальную активность пленок оценивали против трех штаммов бактерий. В их числе Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa и Escherichia coli. Пленки с микрокапсулами показали умеренное снижение количества бактерий. Для кишечной палочки количество снизилось с 21×10⁷ до 8,6×10⁷ КОЕ мл⁻¹ см⁻². Для золотистого стафилококка с 16,6×10⁷ до 9,0×10⁷ КОЕ мл⁻¹ см⁻².
Хитозан способствует электростатическим взаимодействиям через протонированные аминогруппы. Это дестабилизирует бактериальные мембраны. Гидрофобные фенольные и липидные компоненты арганового масла усиливают проникновение. Таким образом, обеспечивается механизм двойного действия. Для изучения внутренней структуры микрокапсул использовали экстракцию. Микрофотографии показали пористую структуру с размером камер от 3 до 14 мкм.
Механические свойства и УФ-защита
Включение микрокапсул альгината повлияло на механические свойства пленок. Модуль Юнга снизился на 85,8%, с 232,98 МПа до 33,14 МПа. Прочность на растяжение уменьшилась на 61,8%, с 12,01 МПа до 4,59 МПа. Однако относительное удлинение при разрыве увеличилось более чем вдвое. Оно выросло с 16,03% до 34,97%. Это подтверждает, что микрокапсулы повышают гибкость пленки. Они способствуют пластической деформации полимерной матрицы. Снижение жесткости и увеличение удлинения указывают на пластифицирующий эффект.
Обе пленки продемонстрировали высокую способность блокировать УФ-излучение. Это обеспечивается ароматической структурой лигнина. Значения поглощения достигали 3,5–4,0 AU в диапазоне 200–580 нм. При включении микрокапсул область поглощения сместилась до 200–570 нм. Максимальное поглощение осталось на уровне 3,9–4,0 AU. Незначительное снижение объясняется рассеянием света. После 570 нм обе пленки показали резкое снижение поглощения. При 800 нм оно приближалось к 1,7 AU. Это указывает на частичную прозрачность в видимом диапазоне.
Практическое применение для упаковки мяса
Для оценки эффективности пленки провели исследование с измельченным мясом. Образцы покрывали пленкой с микрокапсулами и без них. Наблюдение вели в течение трех дней.
Влияние на рост бактерий в фарше
На второй день пленка с микрокапсулами ограничила распространение бактерий до 12,3% покрытия. Контрольная пленка показала 26,7% покрытия. На третий день бактериальное покрытие составило 26,3% для образца с микрокапсулами. Для контрольного образца оно достигло 33,4%. Таким образом, включение микрокапсул замедлило рост бактерий примерно на один день.
Стабильность цвета и сравнение с аналогами
Анализ изменения цвета фарша показал различия между образцами. Мясо в пленке с микрокапсулами медленнее теряло цвет. Параметр красноты (a*) снизился с 19 до 7 для контрольной пленки. Это снижение составляет примерно 63%. Яркость (L*) резко упала в первый день, с 52 до 26. Для пленки с микрокапсулами также наблюдалось снижение красноты. Однако лигнин и аргановое масло замедляли обесцвечивание на ранних стадиях. Эта стабильность объясняется антиоксидантной активностью компонентов масла. В частности, токоферолов и фенольных соединений.
Сравнение с другими системами активной упаковки показывает сбалансированные характеристики. Антиоксидантная активность 64,6% превосходит хитозановые пленки с эфирным маслом чайного дерева (61,2%). Она несколько ниже пленок с комплексом гвоздики и циклодекстрина (88%). Однако данная рецептура достигает таких результатов при низкой концентрации масла около 4,5%. Это указывает на эффективную систему доставки антиоксидантов. Она обеспечивается микрокапсулированием и синергией с лигнином.
Разработанная пленка представляет собой перспективный упаковочный материал. Она сочетает биокомпоненты и контролируемое высвобождение активных соединений. Это подчеркивает ее потенциал для сохранения скоропортящихся товаров. Однако исследование имеет ограничения. Антимикробную активность не оценили количественно. Окисление липидов не измерили стандартными маркерами. Испытания на хранение были ограничены по продолжительности. Будущие исследования должны сосредоточиться на количественном анализе. Также необходимы испытания в реальных промышленных условиях.
Источники
- REDYSIGN: экоупаковка для свежего мяса: Meat Industry PRO
- MATE4MEAT: биоразлагаемая антимикробная упаковка для мяса: Meat Industry PRO
- Инновации в упаковке мяса: от сенсоров к съедобным нанопленкам: Meat Industry PRO
- Active food packaging based on chitosan-lignin with encapsulated argan oil for meat shelf-life extension: RSC Advances
- Active food packaging based on chitosan–lignin with encapsulated argan oil for meat shelf-life extension: Semantic Scholar
