بخشی از مقاله
چکیده:
یکی از فراوانترین پلیمرهاي طبیعی، کیتوزان است که از استیل زدایی کیتین به دست میآید و از واحدهاي گلوکزآمین و ان استیل گلوکزآمین تشکیل شده است. از خصوصیات آن میتوان به خاصیت ضد میکروبی و آفتکشی، آنتی اکسیدانی و تشکیل فیلم اشاره کرد. فعالیت ضدمیکروبی کیتوزان تحت تاثیر فاکتورهاي درونی مانند درجه پلیمریزاسیون و درجه استیلزدایی کیتوزان و فاکتورهاي بیرونی مانند نوع میکروب و شرایط زیست محیطی - مانند - pH قرار دارد. کیتوزان و مشتقات آن همچنین میتوانند نگرانیهایی که در رابطه با اثرات منفی زیست محیطی مواد بسته بندي متعارف، مانند پلاستیک وجود دارد را کاهش دهند. مکانیسم کامل فعالیت ضد میکروبی کیتوزان و مشتقات آن تاکنون به طور کامل مشخص نشده، اما مکانیسمهاي متفاوتی براي آن پیشنهاد شده است. فیلم هاي کیتوزان انواع متعددي دارد که میتوان آنها را در دسته بنديهاي کیتوزان- پلی ساکارید و کیتوزان - پروتئین و کیتوزان - اسانس هاي گیاهی و ... تقسیم بندي کرد.
واژگان کلیدي: کیتوزان، ضد میکروبی، فیلم، بستهبندي
مقدمه:
پلیمرهاي کاتیونی مانند کیتوازن ذاتا داراي خاصیت ضدمیکروبی هستند که به صورت فیلم در تولید بستهبنديهاي ضد میکروبی به کار میروند. مکانیسم ضد میکروبی این پلیمرها شامل انهدام غشاي سلولی و ت راوش ترکیبات سلولی به محیط بیرون و در نتیجه تد اخل با بار منفی غشاء سلولی میکروارگانیس مها که در انتها منجر به مرگ سلولی میشود. همچنین از پلیمر کاتیونی کیتوزان براي محافظت میوه و سبزي از آلودگیهاي قارچی استفاده میشود و در عین حال بصورت مانعی بین میکروارگانیسمها و ماده غذایی عم ل میکند. کیتوزان یک پلیساکارید خطی است که از داستیله کردن کیتین حاصل میشود. کیتوزان یک بیوپلیمر طبیعی است و فیلمهاي ساخته شده از آن نفوذپذیري ک می نسبت به اکسیژن دارند. بنابراین مانع بسیار خوبی براي گازها و بخار آب میباشند. از کاربردهاي دیگر این ماده در بستهبن ديهاي مواد غذایی، اثر آنتیاکسیدانی آن م یباشد که با جذب فلزاتی که کاتالیزور واکنش اکسید اسیون چربی هستند مانع از اکسید اسیون میشوند. این بیوپلیمر دومین پلی ساکارید فراوان در ط بیعت بعد از سلولز است و ساختار آن در شکل زیر مش خص شده است:
نتایج و بحث:
در مطالعه دوتا و همکاران در سال 2009 خواص ضدباکتریایی و ضد قارچی فیلمهاي ساخته شده از کیتوزان بررسی شد، ه مچنین در این تح قیق خواص منحصر به فردکیتوزان نظیر زیست تخریب پذیري، سازگاري زیستی، فعالیت ضدمیکروبی و غیر سمی بودن آن نیز بررسی شد و مشخ ص شد که کیتوزان نسبت به کیتین داراي حلالیت و فعالیت ضدباکتریایی بهتري است. مکانیسسم دقیق خاصیت ضدمیکروبی کیتین ، کیتوزان و مشتقات آن هنوز به طور کامل مشخص نیست.
چند مکانیسم مختلف در این پژوه ش پیشنهاد شد که یکی از آن ها وجود گروه آمین در موقعیت C2 کیتوزان است و داراي بار مثبت است که با بار م نفی غشاهاي سلو لی میکروبی واکن ش داده و منجر به نشت مواد درون سلولی میکروارگانیسمها میشود. در غلظتهاي پایین، کیتوزا ن - با بار مثبت زیاد - به بار منفی دیواره سلولی متصل شده و باعث تجم ع آن میشود در ح الی که در غلظت هاي بالا یک بار مثبت خالص روي سطح با کتري ایجاد و آنها را به شکل سوسپانسیون در میآورد. مکانیسم فعالی ت ضدمیکروبی کیتوزان براي باکتري هاي گرم منفی و گرم مثبت متفاوت است. براي باکتري گرم مثبت با افزایش وزن مولکولی کیتوزان فعالیت ضدباکتریایی افزایش می یابد در حالی که براي باکتريهاي گرم منفی باکاهش وزن مولکولی کیتوزان فعالیت ضدباکتریایی افزایش مییابد.
بنابراین دو مکانیسم مختلف براي ای ن دو باکتري پیشنهاد میشود. به دلیل وجود بار روي کربن ش ماره 2 مونومر گلوکزآمین در pH هاي کمتر از 6، کیتوزان خیلی بیشت ر از کیتین محلول است و فعالیت ض د میکروبی بیشتري نسبت به کیتین دارد. کیتوزان همچنین یک عامل چنگالی کننده است که به صورت انتخابی با مقدار کم فلزات باند شده و در نتیجه از تولید س م و همچنین رش د میکروبها جلوگیري میکند و فرآیندهاي دفاعی مختلفی را در بافتهاي میزبان فعال کرده و همچنین به آب نیز متصل شده و از فعالیت آنزیمهاي مختلف جلوگیري میکند.کیتوزان همچنین با DNA باند شده و از سنتز mRN A و در نتیجه سنتز پروتئین ج لوگیري میکند. در تحقیقی که انجام شد، تفاو ت اثر کیتوزان روي استافیلوکوکوس اورئوس - گرم مثبت - و اشرشیاکلی - گرم منفی - مورد ارزیابی قرار گرفت. در باکتري گرم مثبت استافیلوکوکوس اورئوس خاصیت ضدمیکروبی با افزایش وزن مولکولی کیتوزان افزایش پیدا کرد، در حالی که در باکتريهاي گرم منفی E.coli فعالیت ضدمیکروبی باکاهش وزن مولکولی کیتوزان افزای ش پیدا کرد. بر این اساس میتوان دو مکانیسم مختلف براي فعالیت ضدمیکروبیکیتوزان پیشنهاد داد.
-1 در استافیلوکوکوس اورئوس کیتوزان در سطح سلول میتواند یک غشاي پلیمري بسازد و از ورود مواد مغذي به داخل سلول جلوگیري کند.
-2 در باکتري E.coli کیتوزان با وزن مولکولی پایین از طریق منافذ دیواره به سلول وارد میشوند. کیتوزان از رشد A.flavus و تولید افلاتوکسین در کشت مایع، ذرت نارس و بادام زمینی جلوگیري میکند و همچنین باعث مهار رشد و تولید توکسین توسط قارچ A. alternate گونه lycopersici میشود. محلول کیتوزان در غلظت - 0/10mg/ml - به صورت مشخص از رشد باکتري پاتوژن زانتاموناس - Xanthomonas - با خواستگاه مختلف جلوگیري میکند.کیتوزان با وزن مولکولی پائین - کمتر از - 100KDa داراي فعالیت ضدمیکروبی بیشتري نسبت به کیتوزان فعال هستند. درجه پلیمریزه شدن 7 براي داشتن فعالیت ضدمیکروبی مورد نیاز است. در مولکولهایی با وزن مولکولی پایین داراي فعالیت ضدمیکروبی کم یا غیر فعال هستند. کیتوزانهایی که با درجههاي بالایی استیل زدایی شده نسبت به انواع دیگر که بوسیله گروههایی آمینو استیله شدهاند، داراي فعالیت ضدمیکروبی بیشتري هستند. pHهاي پایین، فعالیت ضدمیکروبی کیتوزان را افزایش میدهد، همچنین اسید باعث ایجاد استرس در میکروارگانیسم هدف نیز میشود.
-1 فیلمهاي کیتوزان- پلیساکارید
در صنایع غذایی، فیلمهاي خوراکی فعال زیستی و پوشش دادن با آنها داراي مزایاي زیادي از جمله سازگاري با بافتهاي بدن، زیبایی ظاهري، جلوگیري از رشد میکروارگانیسمهاي پاتوژن، غیرسمی بودن، عدم ایجاد آلودگی و قیمت پایین آنها است. به این دلایل آنها توجهات را به خود جلب کرده و به دلیل توانایی آنها در پوشش مواد غذایی و افزایش عمر نگهداري آنها مورد استفاده قرار میگیرند.
-1-1 فیلم هاي کیتوزان- تاپیوکا
فعالیت ضدمیکروبی محلولهاي پوشش دهندههاي خوراکی کیتوزان و مخلوط کیتوزان – تاپیوکاي نشاسته همراه و یا بدون همراه با پتاسیم سوربات توسط واسکونز و همکاران مورد مطالعه قرار گرفت. قطعات ماهی سالمون که توسط محلول کیتوزان پوشش داده شده است یکی از بهترین پوشش ها در مقابل مزوفیلهاي هوازي و باکتريهاي سرمادوست - سایکروفیل - است و باعث کاهش آنها میشود وتغیرات pH و کاهش وزن را میتواند به صورت قابل قبول در طی مدت نگهداري به حالت منجمد کنترل کند. کیتوزان - نشاسته تاپیوکا گسترش فساد سطحی را توسط Zygosaccharom yce bailii در مواد نیمه جامد، کاهش میدهد اما در مقابل Lactobacillusها غیر موثر است. اثر متقابل بین کیتوزان- نشاسته تاپیوکا یا پتاسیم سوربات و یا کیتوزان همراه با نشاسته و پتاسیم سوربات میتواند
در خاصیت فیزیکی و فعالیتهاي ضدمیکروبی کیتوزان موثر باشد. در این مطالعه مشخص شد که اضافه کردن کیتوزان باعث کاهش عبور بخار آب و کاهش حلالیت فیلم نشاسته میشود.
-2-1 فیلمهاي خوراکی هیدروکسی متیل سلولز همراه با کیتوزان
کیتوزان با میانگین وزن ملکولی 71/3 KD و درجه استیل زدایی %94 به صورت موفقیت آمیزي در تهیه فیلمهاي خوراکی هیدروکسی متیل سلولز مورد استفاده قرار گرفت. در این نوع فیلمها، نانو ذرات کیتوزان-تري پلی فسفات آماده میشود و سپس با هیدروکسی متیل سلولز آمیخته میشوند.
غلظت کیتوزان براي آماده سازي نانوذرات 315mg/ml و2/41 و غلظت تري پلی فسفات 0/6 mg/ml و 0/3 است. در این مطالعه، خصوصیات مکانیکی، نفوذپذیري نسبت به بخار آب، پایداري حرارتی و میکروسکوپ الکترونی SEM مورد آزمایش قرار گرفته بود. این مطالعه نشان داد که اتصال نانو ذرات کیتوزان به فیلمها به طور موثري خصوصیات مکانیکی و خاصیت نفوذپذیري را بهبود میبخشد. نویسندگان نشان دادند که نانو ذرات کیتوزان فضاي خالی حفرات موجود در ماتریکس را اشغال کرده و باعث بهبود خصوصیات کشش فیلم و خصوصیت عبوردهندگی آب میشود. همچنین پایداري حرارتی فیلمها با افزودن نانوذرات افزایش یافت.
فیلمهاي کیتوزان ممکن است به وسیله فیلمهاي پکتینی لمینه شود. ترکیبی از پیوندهاي هیدروژنی و الکترواستاتیکی بین گروه کربوکسیل پکتین و گروه آمین کیتوزان در این فیلم ها وجود دارد. این نیروهاي الکترواستاتیک بسیار قوي، میتواند فیلم نازك و غیرمحلولی را ایجاد کند. فیلمهاي کیتوزان/ اسید لاکتیک که همراه با لاکتیک اسید و یا گلیسرول به عنوان پلاستیسایزر است بر روي فیلمهاي پکتینی، قرار می گیرد تا فیلم شفافی با خصوصیات مکانیکی شبیه به فیلم پکتین را ایجاد کند. براي جلوگیري از رشد قارچ ها، لاکتیک اسید جایگزین گلیسرول میشود ولی در خصوصیات مکانیکی فیلم تغییر قابل توجهی ایجاد نمیشود.
