بخشی از مقاله
چکیده هدف : در طی دهه گذشته علاقه روز افزونی به استفاده از فیلم های بیواکتیو به دلیل دارا بودن فعالیت های ضد میکروبی و ضد قارچی به منظور بهبود نگهداری مواد غذایی و کاهش استفاده از مواد نگهدارنده شیمیایی ایجاد شده است. بیومولکول هایی همچون کیتوزان و مشتقات آن، پتانسیل قابل توجهی جهت استفاده در صنایع غذایی از نقطه نظر کاهش آلودگی مواد غذایی دارند و نگرانی های زیست محیطی که در ارتباط با مواد بسته بندی متعارف وجود دارد را برطرف کرده اند.
مواد و روشها : این پژوهش با کمک اطلاعات مربوط به مقالات و پژوهشهای ملی و بین المللی انجام پذیرفت.
نتایج و بحث : دراین مطالعه، به طور مختصر به بیان مهم ترین نتایج بدست آمده از کیتوزان به عنوان یک مولکول زیست فعال و روش های مختلف کاربرد آن در فیلم های بیواکتیو بر پایه کیتوزان و پتانسیل بالقوه آن به منظور کاربرد در صنایع غذایی می پردازیم.
نتیجه گیری کلی: فیلم های بر پایه کیتوزان توجه زیادی را در تکنولوژی بسته بندی و حفظ و نگهداری مواد غذایی به خود معطوف نموده اند و این امر به دلیل فعالیت ضد میکروبی آنها در برابر پاتوژن ها و میکروارگانیسم های عامل فساد از جمله قارچ ها و باکتری های گرم مثبت و منفی است.
مقدمه صنایع غذایی مدرن با چالش هایی مواجه است و نیازمند رویکردی خاص برای از میان بردن این چالش هاست. یکی از این چالش ها در ارتباط با نگهداری مواد غذایی با عمر مفید کوتاه است. اگر چه استفاده از مواد بسته بندی متداول نظیر پلاستیک ها و مشتقات آن ها برای نگهداری غذا موثر است.اما ادامه استفاده از آن ها مشکلات جدی را برای محیط زیست ایجاد می کند و تبدیل به یک منبع آلودگی و یک نگرانی اجتماعی می شود.
رفع این مشکلات مستلزم این است که تمام ذی نفع در این صنعت و بخصوص متخصصان رشته صنایع غذایی و بسته بندی به دنبال جایگزین مناسب برای مواد بسته بندی باشند . بسته بندی و مواد مربوط به آن بخش بسیار مهمی است که در قیمت تمام شده محصول تولیدی موثر است . بنابراین جستجو و انتخاب مواد بسته بندی مقرون به صرفه موضوع بسیار مهم در صنعت مواد غذایی است.
بسته بندی های زیست تخریب پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند ، به دو دسته فیلم ها و پوشش های خوراکی تقسیم می شوند . فیلم های خوراکی قبل از کاربرد و بسته بندی ماده غذایی به صورت لایه ای نازک تولید می شوند و بعد همانند پلیمر های سنتزی برای بسته بندی به کار می روند. فیلم ها می توانند به شکل لفاف، کپسول، پاچ و کیسه تولید شوند که این محصولات با ضخامت زیاد قالب گیری می شوند. پوشش هایی خوراکی بر خلاف فیلم ها ، بر روی مواد غذایی تشکیل می شوند . بنابراین پوشش به عنوان بخشی از محصول بوده و موقع مصرف روی محصول باقی می مانند.
این کار توسط روش هایی نظیر واکس زدن، اسپری کردن و غوطه ور کردن صورت می گیرد. فیلم ها و پوشش های خوراکی در مقایسه با پلیمر های سنتزی دارای مزایای منحصر به فردی می باشند. زیست تخریب پذیری، ممانعت بسیار خوب از تبادل گازهای تنفسی و در نتیجه کنترل تنفس میوه ها و سبزی ها، ممانعت از تبادل ترکیبات عطر و طعم دار و همچنین حفاظت محصول در برابر صدمات میکانیکی از مهمترین مزایای فیلم ها و پوشش های خوراکی می باشد.
یکی از مهمترین فیلم های بیواکتیو، فیلم های بر پایه کیتوزان است که با مواد مختلفی همچون پروتئین های گیاهی و حیوانی، پلی ساکارید ها و پپتید های آنتی میکروبی - باکتریوسین - مانند نایسین و دی ورجیلین که یک کلاس جدید باکتریوسین است و توسط Carnobacteriumdivergens تولید می شود، ترکیب می شود. کیتوزان یک پلی ساکارید خطی است که از فراوان ترین مشتقات طبیعی کیتین است. کیتوزان از واحد های -D گلوکزآمین تشکیل شده است. کیتوزان از نظر شیمیایی و خواص فیبری مشابه سلولز موجود در گیاهان است گرچه از فیبر گیاهی متمایز است اما با این حال قابلیت اتصال به چربی و هضم در دستگاه گوارش را دارد.
ساختار مولکولی کیتوزان
هدف از این مطالعه برجسته کردن پتانسیل کیتوزان به عنوان یک ماده برای تولید فیلم های بیواکتیو و خلاصه ای از متد های مختلف استفاده از فیلم های بیو اکتیو بر پایه کیتوزان و بیان دیدگاه ها در مورد تکنولوژی مدرن بسته بندی مواد غذایی است.
- فعالیت های ضد میکروبی کیتوزان:
مطالعات متعدد نشان می دهد که کیتوزان دارای فعالیت ضد میکروبی در برابر طیف وسیعی از میکروارگانیسم ها دارد. فعالیت ضد میکروبی انواع کیتوزان به طور قابل توجهی با هم متفاوت است. علت این امر تفاوت در درجه داستیله شدن، وزن مولکولی، ارگانیسم هدف و شرایطی که اعمال می شود مثل pH، قدرت یونی و وجود املاح حساس به واکنش با کیتوزان می باشد. مشخص شده که مخمرها و کپک ها و به دنبال آن باکتری های گرم مثبت و گرم منفی جزء گروه های حساس به کیتوزان هستند. طی مطالعه ای که بر روی مجمر ساکارومایسس سروزیه انجام شده، مشخص شده که فعالیت تخمیر در غلظت کمتر از 3/6 میلی گرم بر لیتر از محلول کیتوزان متوقف می شود و همچنین فعالیت ضد قاچی علیه قارچ FusariumSolani توسط محلول حاوی 4 میلی گرم بر لیتر از محلول کیتوزان گزارش شده است.
تفاوت در حساسیت بین میکروارگانیسم های مختلف به کیتوزان، به عوامل درونی و بیرونی متعددی وابسته است. به عنوان مثال نشان داده شده که کیتوزان با وزن مولکولی پایین و کمتر از 10 کیلودالتون اثر ضد میکروبی بیشتری نسبت به کیتوزان با وزن مولکولی بالا دارد. این رفتار را با این واقعیت می توان توضیح داد که کیتوزان با وزن مولکولی پایین حلالیت بیشتری در محلول های آبی دارد و این حلالیت از این جهت حائز اهمیت است که با جایگاه فعال میکروارگانیسم های هدف سریع تر واکنش می دهد. البته منظور از وزن مولکولی پایین وجود حداقل 7 واحد گلوکزآمین در ساختار است تا بدین ترتیب فعالیت ضد قارچی و ضد میکروبی از خود نشان دهد.
کیتوزان های با درجه داستیله بالا فعالیت ضد میکروبی بالاتری نسبت به کیتوزان های حاوی گروه های استیل آمین، دارند. درجه داستیله شدن بالا باعث افزایش حلالیت و چگالی کیتوزان می شود که این دو فاکتور در چسبندگی کیتوزان به سلول باکتریایی بسیار مهم می باشد. کاهش درجه pH تا 5/5 ، باعث افزایش خاصیت آنتی میکروبی کیتوزان می شود چرا که این محدوده pH، حلالیت و بارالکتریکی کیتوزان را افزایش می دهد.
کیتوزان یک پلی ساکارید کاتیونی منحصر به فرد در طبیعت است که این توانایی را دارد که با برقراری پیوند الکتروستاتیک، به دیواره سلولی باکتری متصل شود و از طریق نقل و انتقال املاح و مواد مغذی به بیرون از سلول، باعث آسیب به آن می شود. همچنین اثر دما روی فعالیت ضد میکروبی کیتوزان هم گزارش شده است. گزارش ها نشان می دهد که در دمای 37 درجه سانتی گراد، نسبت به دمای فریزر اثر ضد میکروبی کیتوزان بیشتر است. این حالت را با اثر دما روی ویسکوزیته محلول کیتوزان می توان توجیه کرد که با افزایش دما، ویسکوزیته کیتوزان کاهش می یابد. کمپلکس کیتوزان با فلز روی نیز باعث افزایش فعالیت ضد میکروبی آن می شود. کاهش مقدار رطوبت از %22 وزنی B وزنی به کمتر از %12 وزنی B وزنی فعالیت باکتریوسیدی کیتوزان را به مقدار 2/5 برابر کاهش می دهد.
-1 فیلم های بر پایه کیتوزان - پلی ساکارید
در صنعت غذا فیلم ها و پوشش های خوراکی زیست فعال، مزایای زیادی از قبیل مزیت خوراکی، سازگاری زیستی با بافت های انسانی، زیبایی ظاهری، ممانعت در برابر میکروارگانیسم های پاتوژن، غیر سمی بودن، عدم آلودگی، هزینه پایین ارائه می دهند.
- 1- 1 فیلم ها و پوشش های خوراکی بر پایه کیتوزان و نشاسته تاپیوکا در ماهی سالمونی که با این فیلم ها پوشش داده شده، مقدار باکتری های مزوفیل هوازی و سایکروفیل کاهش یافته و تا 6 روز نگهداری، کیفیت قابل قبولی ارائه می دهند. فیلم های خوراکی بر پایه کیتوزان B تاپیوکا فساد بیرونی Zygosaccharomycessbailii را در یک محصول نیمه جامد کاهش می دهند. اما روی Lactobacillus spp اثری ندارند. علت این رفتار حضور کیتوزان به صورت محلول می باشد.
- 2-1 فیلم ها و پوشش های خوراکی بر پایه کیتوزان و هیدروکسی پروپیل متیل سلولز در این فیلم ها از کیتوزان و نانو ذرات تری پلی فسفات استفاده می شود. غلظت کیتوزان برای آماده سازی این فیلم ها 2/14-3/15 میلی گرم بر میلی لیتر و غلظت تری پلی فسفات 0/3-0/6 میلی گرم بر میلی لیتر می باشد. تحقیقات نشان می دهد که اضافه کردن کیتوزان به این فیلم ها، خصوصیات مکانیکی و ممانعت کنندگی آن ها را به طور قابل ملاحظه ای بهبود می بخشد. محققان بیان کرده اند که کیتوزان تمایل دارد فضاهای خالی ناشی از خلل و فرج را بپوشاند و در نتیجه باعث بهبود کشش فیلم و نفوذ پذیری بخار آب می شود. همچنین مقاومت حرارتی این فیلم ها با اضافه کردن نانو ذرات تری پلی فسفات افزایش می یابد.
- 3-1 فیلم ها و پوشش های خوراکی بر پایه کیتوزان - پکتین با استیک اسید فیلم های کیتوزان می توانند با فیلم های پکتین لمینیت شوند. در میان تمام فیلم های پلی ساکارید طبیعی مورد بررسی از جمله پکتین، تنها فیلم کیتوزان قابلیت چسبندگی به مخاط روده بزرگ را دارد. بنابراین مجموعه ای از پیوند های هیدروژنه و پیوند های الکترواستاتیک بین گروه های کربوکسیل پکتین و گروه های آمین کیتوزان ایجاد می شود تا بدین ترتیب این قابلیت نیز برای فیلم های لمینیت شده پکتین - کیتوزان ایجاد شوند.
در ضمن برای تولید این فیلم ها از پکتین با درجه استریفاید متوسط - درجه متیله شدن - %65 و از گلیسرول به عنوان پلاستی سایزر و از کیتوزان تجاری استفاده می شود. فیلم های لمینیت شده کیتوزان - پکتین که با گلیسرول یا لاکتیک اسید به عنوان پلاستی سایزر ایجاد شده اند، خواص مکانیکی - دینامیکی مشابهی با این فیلم ها دارند. علت استفاده از استیک اسید یا لاکتیک اسید جلوگیری از رشد قارچها است. لازم به ذکر است که قابلیت نگهداری محصولات غذایی با فیلم های لمینیت شده کیتوزان - پکتین بیشتر از فیلم های کیتوزان است.
-2 فیلم ها و پوشش های خوراکی بر پایه ی کیتوزان - پروتئین
- 1- 2 فیلم ها و پوشش های خوراکی بر پایه کیتوزان - پروتئین های محلول
به تازگی توانایی تولید فیلم های بیو اکتیو کیتوزان - پروتئین آب پنیر در شرایط pH اسیدی به دست آمده درحالی که محققان هنوز نتوانسته اند در همین شرایط فیلم پروتئین آب پنیر خالص تولید کنند. محققان اظهار داشته اند که ممکن است برخی از قابلیت های فیلم بدلیل ناسازگاری بین کیتوزان و پروتئین در این فیلم ها به خطر بیفتد. اما با این حال این فیلم ها دارای کاربرد های وسیعی در صنایع غذایی و در جایی که باید فیلم خوراکی در اثر فرایند پخت و پز و جویدن تجزیه و شکسته شود، می باشند. علاوه بر این در مطالعه ای که بوسیله Ferreira و همکارانش در سال 2009 انجام شد، انتظار می رود که این فیلم ها بخاطر وجود کیتوزان، دارای خاصیت ضد میکروبی مفیدی باشند.
- 2- 2 فیلم ها و پوشش های خوراکی بر پایه کیتوزان - ژلاتین ماهی در این فیلم ها از کیتوزان و ژلاتین ماهی به نسبت 1 به 4 وزنی - وزنی و از گلیسرول به عنوان پلاستی سایزر استفاده می شود. اساساً این نوع فیلم ها به عنوان فیلم های تغییر شکل یافته شیمیایی با -1 - EDCاتیل - -3 - - 3دی متیل آمینو پروپیل - کربو دی ایمید - و یا آنزیمی با ترانس گلوتامیناز - TGase - می باشند. مقاومت کششی فیلم های تغییر شکل یافته با TGase و یا EDC به ترتیب به مقدار %25 و %40 کاهش می یابد.
