توسعه فیلم‌های فعال PCL/β-گلوکان غنی‌شده با عصاره‌های طبیعی و نانوذرات طلا برای بسته‌بندی خمیر ماهی تیمار شده با پلاسمای سرد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی انگلیسی

نویسندگان

امیر افشار اصدق

سجاد پیرسا

میرخلیل پیروزی فرد

گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

https://doi.org/10.22067/ifstrj.2025.96443.1508

چکیده

نگرانی‌های فزاینده در مورد بسته‌بندی‌های پلاستیکی مرسوم به‌دلیل عدم تجزیه‌پذیری، خطر انتقال ترکیبات سمی به مواد غذایی و آلودگی محیط‌زیست، توسعه جایگزین‌های سازگار با محیط‌زیست مانند فیلم‌های خوراکی و زیست‌تخریب‌پذیر را ضروری کرده است. این مطالعه با هدف توسعه یک سیستم بسته‌بندی فعال بر اساس فیلم نانوکامپوزیتی پلی‌کاپرولاکتون/بتا-گلوکان (PCL-BG) اصلاح‌شده با عصاره جفت میوه بلوط (OFPE)، عصاره هسته زردآلو (AKE) و نانوذرات طلا (AuNPs) و استفاده از آن برای بسته‌بندی خمیر ماهی که قبلاً با پلاسمای سرد تیمار شده بود، انجام شد. ارزیابی خواص ضد باکتریایی فیلم نشان داد که ترکیبات فعال اثر مهاری قوی دارند، به‌طوری‌که بزرگترین هاله‌های مهاری 27.78 میلی‌متر در برابر باسیلوس سرئوس و 21.38 میلی‌متر در برابر اشریشیا کلی در فیلمی با بالاترین غلظت عصاره مشاهده شد. تجزیه و تحلیل حرارتی (DSC) بهبود قابل توجهی در پایداری حرارتی نشان داد، به‌طوری‌که دمای ذوب فیلم کامپوزیت نهایی به 81.6 درجه سانتی‌گراد افزایش یافت. ارزیابی‌های میکروبیولوژیکی و شیمیایی طی 30 روز نگهداری نشان داد که تیمار ترکیبی به‌طور قابل توجهی (p < 0.05) رشد میکروبی (شمارش کل میکروبی زنده) را کاهش داد، تولید ترکیبات نیتروژن فرار (TVB-N) را کاهش داد، اکسیداسیون لیپید (TBA) را کنترل کرد و پایداری pH و پذیرش حسی را حفظ کرد. مدل‌های رگرسیون برای همه پارامترهای کیفی، دقت و قدرت پیش‌بینی بالایی را نشان دادند (R² > 99.27%). این مطالعه به وضوح اثربخشی استراتژی ترکیبی پلاسمای سرد و بسته‌بندی فعال را در حفظ کیفیت و افزایش ماندگاری خمیر ماهی نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

آنتی‌باکتریال

بسته‌بندی فعال

پلاسمای سرد

فیلم زیست‌تخریب‌پذیر

موضوعات

• شیمی مواد غذایی

---

عنوان مقاله English

Development of Active PCL/β-Glucan Films Enriched with Natural Extracts and Gold Nanoparticles for Packaging of Cold Plasma-Treated Fish Paste

نویسندگان English

Amirafshar Asdagh

Sajad Pirsa

Mir Khalil Pirouzifard

Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran

چکیده English

Growing concerns about conventional plastic packaging due to its non-degradability, risk of transferring toxic compounds to food, and environmental pollution have necessitated the development of environmentally friendly alternatives such as edible and biodegradable films. This study aimed to develop an active packaging system based on a polycaprolactone/beta-glucan (PCL-BG) nanocomposite film modified with oak fruit pair extract (OFPE), apricot kernel extract (AKE), and gold nanoparticles (AuNPs) and study its suitability for packaging fish paste treated with cold plasma. The evaluation of the film's antibacterial properties showed that the active compounds had a strong inhibitory effect, with the largest inhibition zones of 27.78 mm against Bacillus cereus and 21.38 mm against Escherichia coli observed in the film prepared with the highest extract concentration. Thermal analysis (DSC) showed a significant improvement in thermal stability, with the melting temperature of the final composite film increasing to 81.6 °C. Microbiological and chemical evaluations over 30 days of storage showed that the combined treatment significantly (p < 0.05) reduced microbial growth (Total Viable Count), reduced the production of volatile nitrogen compounds (TVB-N), controlled lipid oxidation (TBA), and maintained pH stability and sensory acceptance. Regression models for all quality parameters showed high accuracy and predictive power (R² > 99.27%). This study clearly demonstrates the effectiveness of the combined strategy of cold plasma and active packaging in maintaining the quality and increasing the shelf life of fish paste.

کلیدواژه‌ها English

Active packaging

Antibacterial

Biodegradable film

Cold plasma

مراجع

1. (2002). Official methods of analysis(17th ed.). Association of Official Analytical Chemists.
2. (2005). Official methods of analysis(18th ed.). Association of Official Analytical Chemists.
3. Bahmanpour, H., Asefi, N., Alizadeh, A., & Pirsa, S. (2024). Assessment of the impact of cold plasma technology on physicochemical properties of corn starch flour and the associated modified corn starch incorporated into milk dessert. Heliyon, 10(17). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e37399
4. Balouiri, M., Sadiki, M., & Ibnsouda, S.K. (2016). Methods for in vitro evaluating antimicrobial activity: A review. Journal of Pharmaceutical Analysis, 6(2), 71–79. https://doi.org/10.1016/j.jpha.2015.11.005
5. Barba, F.J., Koubaa, M., do Prado-Silva, L., Orlien, V., & de Souza Sant’Ana, A. (2017). Mild processing applied to the inactivation of the main foodborne bacterial pathogens: A review. Trends in Food Science & Technology, 66, 20-35. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.05.011
6. Cesur, S., Köroğlu, C., & Yalçın, H.T. (2018). Antimicrobial and biodegradable food packaging applications of polycaprolactone/organo nanoclay/chitosan polymeric composite films. Journal of Vinyl and Additive Technology, 24(4), 376-387.https://doi.org/10.1002/vnl.21607
7. Chen, H., Wang, J., Jiang, G., Guo, H., Liu, X., & Wang, L. (2020). Active packaging films based on chitosan and Herba lophatheri extract for the shelf life extension of fried bighead carp fillets. International Food Research Journal, 27(4). https://doi.org/10.47836/ifrj.27.4.02
8. Dadkhah, H., Pirsa, S., Javadi, A., & Mohtarami, F. (2024). Biodegradable film based on sodium alginate/flax seed mucilage modified with norbixin and WO3 nanoparticles: Investigation of physicochemical properties and release of active substances. Biomass Conversion and Biorefinery, 14(15), 17663-17675. https://doi.org/10.1007/s13399-023-03780-2
9. Erkan, N. (2017). The effect of active and vacuum packaging on the quality of Turkish traditional salted dried fish “çiroz”. Food and Health, 3(1), 29-35.https://doi.org/10.3153/FH17004
10. Eslami, A., Pirsa, S., Mohtarami, F., & Bener, M. (2025). Photoluminescence film based on gelatin/phycocyanin nanoliposome/zero-valent iron nanoparticle/gold-iridium composite. Food Chemistry, 482, 144114. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.144114
11. Forouzan, S., Pirsa, S., & Alirezalu, A. (2024). Biodegradable photocatalytic film based on chia seed mucilage (xylose, glucose, and methyl glucuronic acid polysaccharides) containing barberry extract and SnO₂Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, 8, 100592. https://doi.org/10.1016/j.carpta.2024.100592
12. Gupta, A., Moyano, D.F., Parnsubsakul, A., Papadopoulos, A., Wang, L.S., Landis, R.F., Das, R., & Rotello, V.M. (2016). Ultrastable and biofunctionalizable gold nanoparticles. ACS Applied Materials & Interfaces, 8(22), 14096-14101. https://doi.org/10.1021/acsami.6b02548
13. Holešová, S., Čech Barabaszová, K., Hundáková, M., Ščuková, M., Hrabovská, K., Joszko, K., Antonowicz, M., & Gzik-Zroska, B. (2021). Development of novel thin polycaprolactone (PCL)/clay nanocomposite films with antimicrobial activity promoted by the study of mechanical, thermal, and surface properties. Polymers, 13(18), 3193. https://doi.org/10.3390/polym13183193
14. Jeon, Y.J., Myung, G.E., & Min, S.C. (2022). In-package cold plasma treatment enhances the antimicrobial efficacy of malic acid-incorporated whey protein edible coating against Salmonella and Listeria monocytogenes in steamed fish paste. Food Packaging and Shelf Life, 33, 100905. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2022.100905
15. Julyaningsih, A.H., Latief, R., & Dirpan, A. (2020). The making of smart and active packaging on tuna fillet. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 486(1), 012053. https://doi.org/10.1088/1755-1315/486/1/012053
16. Lawless, H.T., & Heymann, H. (2010). Sensory evaluation of food: Principles and practices(2nd ed.). Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-6488-5
17. Liao, X., Li, J., Muhammad, A.I., Suo, Y., Chen, S., Ye, X., Liu, D., & Ding, T. (2018). Application of a dielectric barrier discharge atmospheric cold plasma (Dbd-Acp) for Escherichia coli inactivation in apple juice. Journal of Food Science, 83(2), 401-408. https://doi.org/10.1111/1750-3841.14045
18. Ma, Q., Shi, K., Su, T., & Wang, Z. (2020). Biodegradation of polycaprolactone (PCL) with different molecular weights by Candida antarcticaJournal of Polymers and the Environment, 28(11), 2947-2955. https://doi.org/10.1007/s10924-020-01826-4
19. Misra, N.N., Martynenko, A., Chemat, F., Paniwnyk, L., Barba, F.J., & Jambrak, A.R. (2018). Thermodynamics, transport phenomena, and electrochemistry of external field-assisted nonthermal food technologies. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 58(11), 1832-1863. https://doi.org/10.1080/10408398.2017.1287660
20. Nishinari, K., & Ooizumi, T. (2020). Textural characteristics of Japanese foods. Textural Characteristics of World Foods, 107-123. https://doi.org/10.1002/9781119430902.ch8
21. Panpipat, W., Thongkam, P., Boonmalee, S., Çavdar, H.K., & Chaijan, M. (2023). Surimi production from tropical mackerel: A simple washing strategy for better utilization of dark-fleshed fish resources. Resources, 12(10), 126. https://doi.org/10.3390/resources12100126
22. Patange, , Boehm, D., Giltrap, M., Lu, P., Cullen, P.J., & Bourke, P. (2018). Assessment of the disinfection capacity and eco-toxicological impact of atmospheric cold plasma for treatment of food industry effluents. Science of the Total Environment, 631, 298-307. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.02.269
23. Pirsa, S., Bener, M., & Şen, F.B. (2024). Biodegradable film of carboxymethyl cellulose modified with red onion peel powder waste and boron nitride nanoparticles: Investigation of physicochemical properties and release of active substances. Food Chemistry, 445, 138721. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.138721
24. Rahman, M.S., Al-Amiri, M., & Al-Riziq, M.A. (2021). Measurement of lipid oxidation in seafood. In Handbook of Food Chemistry(pp. 1-25). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-48770-9_6-1
25. Remya, S., Mohan, C.O., Bindu, J., Sivaraman, G.K., Venkateshwarlu, G., & Ravishankar, C.N. (2016). Effect of chitosan based active packaging film on the keeping quality of chilled stored barracuda fish. Journal of Food Science and Technology, 53(1), 685-693. https://doi.org/10.1007/s13197-015-2018-6
26. Slavin, Y.N., Asnis, J., Häfeli, U.O., & Bach, H. (2017). Metal nanoparticles: Understanding the mechanisms behind antibacterial activity. Journal of Nanobiotechnology, 15(1), 65. https://doi.org/10.1186/s12951-017-0308-z
27. Zhao, X., Jia, Y., Li, J., Dong, R., Zhang, J., Ma, C., Wang, H., Rui, Y., & Jiang, X. (2018). Indole derivative-capped gold nanoparticles as an effective bactericide in vivo. ACS Applied Materials & Interfaces, 10(35), 29398-29406. https://doi.org/10.1021/acsami.8b11980
28. Zhang, Y., Zhou, L., Zhang, C., Show, P.L., Du, A., Fu, J., & Ashokkumar, V. (2020). Preparation and characterization of curdlan/polyvinyl alcohol/thyme essential oil blending film and its application to chilled meat preservation. Carbohydrate Polymers, 247, 116670. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116670