بخشی از مقاله
چکیده:
اخیرا توجه به فیلمهایی با ویژگیهای ضد میکروبی، به منظور حفظ کیفیت و افزایش طول عمر مواد غذایی، افزایش یافته است. مولکولهای زیستی فعال نظیر کیتوزان و مشتقات آن، نقش قابل توجهی را در بسته بندی مواد غذایی، در مناطقی که امکان آلودگی مواد توسط آلودگیهای زیست محیطی زیاد است، دارا هستند. کیتوزان به دلیل ویژگیهای مختلف از جمله زیست تخریب پذیری، فعالیت ضد میکروبی، سمی نبودن و خواص فیزیکی و شیمیایی، دارای پتانسیل بالایی جهت استفاده در بسته بندیهای مواد غذایی است. حضور گروه آمین در موقعیت کربن شمارهی دو کیتوزان، نقش اصلی را در برابر خواص تکنولوژیکی ایفا میکند. مواد پلیمری بر پایهی کیتوزان، به شکل فیبر، فیلم، ژل، اسفنج، گرانول و یا حتی ذرات ریز دیده میشود. کیتوزان کاربرد زیادی در فیلمهای ضد میکروبی که به عنوان پوشش مواد خوراکی به شکل غوطه وری یا اسیدی شده بر روی مواد غذایی به کار میروند، دارد. کیتوزان فعالیت ضد میکروبی بالایی را در برابر گروه گسترده ای از میکروارگانیسمهای عامل فساد پاتوژن نظیر قارچها، باکتریهای گرم مثبت و گرم منفی از خود نشان داده است. هدف از مقالهی حاضر، بررسی فعالیت ضد میکروبی فیلمهای بر پایهی کیتوزان میباشد.
واژههای کلیدی: کیتوزان، فیلمهای زیست فعال، مواد بسته بندی، فعالیت ضد میکروبی
مقدمه:
اخیرا توجه زیادی به گسترش فیلمهایی با خواص ضد میکروبی به منظور بهبود حفظ کیفیت غذا و افزایش طول عمر آن میشود. بسته بندیهای ضد میکروبی، یکی از سیستمهای بسته بندی فعال است که به طور مؤثری باعث کشته شدن و یا جلوگیری از رشد میکروارگانیسمهای پاتوژن یا عامل فساد که آلوده کنندهی غذا هستند، میگردد - . - Salleh et al., 2007 در این زمینه، فیلمهای کیتوزانی به دلیل کاربردشان در نگهداری مواد غذایی گسترش یافتهاند. کیتوزان یک پلی ساکارید خطی شامل پیوند1و-2 -4 آمینو- دزوکسی- بتا- Dگلوکان، که یک مشتق داستیله ی کیتین است، دومین پلی ساکارید فراوان یافت شده در طبیعت بعد از سلولز است. کیتوزان علاوه بر این که دارای ویژگیهای ضد میکروبی است، به عنوان یک مادهی غیر سمی، زیست تخریب پذیر و زیست سازگار شناخته شده است - Jayakumar et al., 2007; Jayakumar et al., 2006; Jayakumar et al., 2005; Darmadji et al., 1994 - .در مقایسه با سایر بسته بندیهای بر پایهی مواد زیستی، کیتوزان دارای توانایی به هم پیوستن مواد عملگرا نظیر مواد معدنی و ویتامینها و نیز دارای خاصیت آنتی اکسیدانی میباشد - . - 2004, Möller, Grelier et al. 2002, Jeon, Kamil et al. 2002Chen, Zheng et al. به دلیل ویژگیهای گستردهی این ماده، فیلمهای کیتوزانی به منظورحفظ کیفیت مواد غذایی مختلف به کار میرود - , Park and 1999Tsai and Su . - 2005, Suyatma, Tighzert et al. 2004Zhao هدف از این مطالعه، بررسی خواص ضد میکروبی فیلمهای کیتوزانی در حفاظت از مواد غذایی است.
نتایج و بحث:
آماده سازی فیلمها و پوششهای بر پایهی کیتوزان:
روشهای مختلفی برای آماده سازی فیلمها و پوششهای مواد غذایی بر پایهی کیتوزان مورد استفاده قرار گرفته است. ریخته گری محلول فیلم، یکی از متداولترین روشهای مورد استفاده میباشد. به عنوان یک دستورالعمل کلی، فیلمهای کیتوزانی به وسیله برقراری پیوند با اگلیکون جنوپیک اسید آماده میشوند - . - 2006 Mi, Huang et al. مشتقات کیتوزان نظیر کیتوزان کربوکسی متیله شده، با سلولزی که از محلول - -N ,N/LiCl دی متیل استامید - به دست آمده است، مخلوط میشوند - . - 2002Li, Zhuang et al. اخیرا محققین توانستهاند - - 2008Li, Wang et al. فیلمهای ضد میکروبی بر پایهی کیتوزان را به منظور استفادهی آنها در صنایع غذایی، با استفاده از حلالهای فوق بحرانی و نیز تکنیک مایکروویو، به دست آورند. خلاقانهترین نوع این روشها، ساخت فیلمهایی بدون اضافه کردن پلاستی سایزر ها و عوامل اتصال دهنده میباشد.
مکانیسم عمل فیلمهای ضد میکروبی:
به دلیل وجود بار مثبت در PH<6 روی کربن شمارهی 2 مونومر گلوکز آمین، کیتوزان نسبت به کیتین، هم محلول تر است و هم فعالیت ضد میکروبی بهتری دارد . - Tsai et al., 1999 - مکانیسم دقیق فعالیت ضد میکروبی کیتین، کیتوزان و مشتقات آنها هنوز به طور کامل شناخته نشده است. اما مکانیسمهای مختلفی پیشنهاد شده است . - Rabea et al., 2003 - یکی از عللی که برای فعالیت ضد میکروبی کیتوزان پیشنهاد شد، بار مثبت گروه آمینو است که میتواند با بار منفی غشاء سلولی میکروب واکنش داده و باعث نشت پروتئینها و دیگر مواد داخل سلولی میکروارگانیسم به محیط اطراف آن شود . - Shahidi et al., 1999 - کیتوزان عمدتا بر سطح خارجی باکتریها مؤثر است. در غلظتهای کم - - 0,2 mg/ml کاتیونهای چند ظرفیتی کیتوزان با بار منفی سطح باکتری واکنش میدهد و سبب لخته شدن باکتری میگردد در حالیکه در غلظتهای بالاتر، بار مثبت بسیار زیاد ایجاد شده در سطح باکتری باعث معلق ماندن باکتریها در محیط می شودو باکتریها به صورت سوسپانسیون در میآیند - Papineau et al., 1991; Sudarshan .et al., 1992 -
مطالعات بر پایهی جذب UV نشان دادند کهpH=5,8 سبب کاهش قابل ملاحظه ای در مقدار مواد پروتئینی سلول میشود - Liu et al., 2004; .Helander et al., 2004; Nurmiho-Lassila et al., 2001 - همچنین کیتوزان به عنوان یک عامل شلاته کننده که نسبت به فلزات کم مقدار به طور انتخابی عمل میکند، به طور غیر مستقیم از تولید سم و رشد باکتریها جلوگیری میکند . - cuero et al., 1991 - علاوه بر این، کیتوزان سبب فعال شدن سیستم دفاعی در بافت میزبان شده - El Ghaouth et al., 1992 - و به عنوان یک عامل اتصال دهنده سبب مهار بسیاری از سیستمهای آنزیمی میشود. اتصال کیتوزان به DNA و جلوگیری از سنتز mRNA به هنگام نفوذ کیتوزان به درون ناحیهی نوکلئوتیدی میکروارگانیسم رخ میدهد. فرض شده که وقتی کیتوزان از دیوارهی سلولی قارچهای پاتوژن توسط آنزیمهای هیدرولیتیک میزبان گیاهی آزاد میشود، به درون مرکز سلولی قارچ نفوذ کرده و از سنتز mRNA و پروتئین در قارچها جلوگیری میکند . - Sudarshan et al., 1992 -
مشاهدات میکروسکوپیک ساکارومایسس های بدون اسپور بعد از تیمار با نمکهای کیتوزان با درجهی پلیمریزاسیون 25، آگلوتیناسیون تعداد زیادی از ترکیبات درونی دیواره را نشان داده است - Savard .et al., 2002 - وقتی آنزیم کیتوزاناز به محیط کشت حاوی نمک کیتوزان اضافه میشود، شکست نوری ناشی از بازتاب نور مشاهده نخواهد شد که این بیانگر نوعی واکنش بین کیتوزان و دیوارهی سلولی میباشد. عملکرد ضد میکروبی کیتوزان در باکتریهای گرم مثبت و باکتریهای گرم منفی، مکانیسم مختلفی دارد . - Zheng et al., 2003 - در این تحقیق تفاوت عملکرد کیتوزان در استافیلوکوکوس اورئوس به عنوان باکتری گرم مثبت و اشریشیا کلی به عنوان باکتری گرم منفی بررسی شد. در مورد باکتریهای گرم مثبت، فعالیت ضد میکروبی کیتوزان، با افزایش وزن مولکولی آن افزایش مییابد در صورتی که در باکتریهای گرم منفی، با افزایش وزن مولکولی کیتوزان، فعالیت ضد میکروبی آن کاهش مییابد. دو مکانیسم متفاوت برای عملکرد ضد میکروبی کیتوزان معرفی شده است: - 1 در مورد
استافیلوکوکوس اورئوس، چون کیتوزان در سطح سلول است، با ایجاد یک غشاء پلیمری، از ورود مواد مغذی به درون سلول جلوگیری میکند. - 2 در مورد اشریشیا کلی، کیتوزان هایی با وزن مولکولی پایین، با مکانیسم انتشار، به درون سلول وارد میشود. تاثیر وزن مولکولی کیتوزان بر برخی خواص ضد میکروبی و ضد قارچی بررسی شد . - Chen et al., 1996 - کیتوزان هایی با وزن مولکولی بین 10000 تا 100000 باعث مهار شدن رشد سلولی میشود. علاوه براین، فعالیت ضد میکروبی کیتوزان تحت تاثیر درجهی داستیلاسیون، غلظت آن در محلول و pH محیط قرار میگیرد. علاوه براین، میزان فعالیت ضد میکروبی کیتوزان در مشتقات کیتوزان به شرح زیر است:
-O-N کیتوزان کربوکسی متیلیتد< کیتوزان-<O کیتوزان کربوکسی متیلیتد همچنین در تولید فیلمهای نفوذ پذیر به گازها، کیتوزان عملکردی دو گانه دارد: - 1 تاثیر مستقیم بر جلوگیری از رشد قارچها - 2 فعال کردن بسیاری از سیستمهای دفاعی شامل جمع آوری کیتیناز، سنتز بازدارندههای پروتئیناز، سنتز چوب و... . وقتی کیتوزان برای تیمار برگهای زخمی غلات به کار میرود، باعث تحریک چوب سازی و در نتیجه جلوگیری از رشد قارچهای غیر پاتوژن در گندم میشود.
کیتوزان از رشد آسپرژیلوس فلاووس و در نتیجه تولید آفولاتوکسین در ذرت و بادام زمینی جلوگیری میکند و همچنین باعث تحریک تولید فیتوالکسین در بادام زمینیهای جوانه زده میشود. علاوه براین، کیتوزان از رشد آسپرژیلوس آلترناتا و تولید توکسین توسط این قارچ جلوگیری میکند. محلول کیتوزان با غلظت 0,1mg/ml از رشد گزانتوموناس های پاتوژن جلوگیری میکند. فعالیت ضد میکروبی محلول کیتوزان در مقابل گزانتوموناس اگزونوپودیس با افزایش غلظت محلول کیتوزان تا 0,1mg/ml افزایش مییابد. همچنین فعالیت ضد میکروبی کیتوزان در غلظت 0,05 mg/ml با افزودن NaCl به آن تقویت میشود.
فعالیت ضد میکروبی کیتوزان با ارزیابی درجهی مرگ و میر استافیلوکوکوس اورئوس و اشریشیا کلی، بر اساس میزان آسیب وارده به دیوارهی سلولی و ناحیهی نوکلئوتیدی سلولهای مختلف و درجهی نشت آنزیمها، ارزیابی شد. این بررسیها نشان داد که مکانیسم غیر فعال سازی اشریشیا کلی توسط کیتوزان، توسط یک مکانیسم دو مرحله ای رخ میدهد: مرحلهی اول شامل جداسازی دیوارهی سلولی از غشاء سلول و مرحلهی دوم، تخریب غشاء سلولی میباشد.
- 6 فعالیت ضد میکروبی کیتوزان:
فعالیت ضد میکروبی کیتوزان در برابر طیف وسیعی از میکروارگانیسمها نظیر قارچها و بعضی از باکتریها به اثبات رسیده است. عملکرد ضد میکروبی تحت تاثیر فاکتورهای درونی نظیر نوع کیتوزان، درجهی پلیمریزاسیون، میزبان، ترکیبات مغذی طبیعی و ترکیبات شیمیایی و یا تحت شرایط محیطی نظیر فعالیت آبی ماده و با رطوبت غذا و یا هر دوی آنها قرار میگیرد. گسترش روشهای تکمیلی نظیر مواد بسته بندی به همراه عوامل ضد میکروبی، به منظور جلوگیری از رشد باکتریهای پاتوژن، زمینهی فعالی جهت تحقیق را فراهم کرده است. امروزه علاقهی فزاینده ای به مواد بسته بندی خوراکی ضد میکروبی وجود دارد. در گذشته مطالعاتی بر روی خواص ضد میکروبی فیلمهای بر پایهی کیتوزان انجام شده است - Coma et al., 2002; .Ouattara et al., 2000; Chen et al., 1996 - از میان بقیهی پلیمرها، کیتوزان چون به عنوان یک عامل فیلم ساز ضد میکروبی برای حفظ و نگهداری مواد غذایی به کار میرود، مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است و این به دلیل داشتن ویژگیهایی نظیر زیست سازگاری، سمی نبودن و فعالیت ضد میکروبی آن میباشد . - Park et al., 2002 -
فیلمهای کیتوزانی به راحتی توسط تبخیر محلول اسیدی رقیق این موادبه دست میآیند. کیتوزان به عنوان یک عامل باکتریواستاتیک/ باکتریوسیدال به منظور کنترل رشد گسترهی متنوعی از باکتریها مورد استفاده قرار میگیرد. در باکتریهای گرم مثبت، بخش اصلی تشکیل دهندهی دیوارهی سلولی، پپتیدوگلیکان و مقدار کمی پروتئین میباشد. در حالی که پپتید وگلیکان دیوارهی سلولی باکتریهای گرم منفی بسیار نازک تر است، اما به دلیل وجود پلی ساکارید، پروتئین و لیپید - علاوه بر پپتیدوگلیکان - بسیار پیچیده تر است. علاوه براین، دیواره سلولی باکتریهای گرم منفی دارای یک غشاء خارجی تر است که شامل مواد تشکیل دهندهی بخش خارجی دیواره است . - Black et al., 1996 - خواص ضد میکروبی فیلمهای خوراکی را میتوان با افزودن کیتوزان و نیسین بهبود بخشید . - Li et al., 2006 -
گسترش روشهای تکمیلی نظیر مواد بسته بندی به همراه عوامل ضد میکروبی، به منظور جلوگیری از رشد باکتریهای پاتوژن، زمینهی فعالی جهت تحقیق را فراهم کرده است. امروزه علاقهی فزاینده ای به مواد بسته بندی خوراکی ضد میکروبی وجود دارد. در گذشته مطالعاتی بر روی خواص ضد میکروبی فیلمهای بر پایهی کیتوزان انجام شده است . - Coma et al., 2002; Ouattara et al., 2000; Chen et al., 1996 - از میان بقیهی پلیمرها، کیتوزان چون به عنوان یک عامل فیلم ساز ضد میکروبی برای حفظ و نگهداری مواد غذایی به کار میرود، مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است و این به دلیل داشتن ویژگیهایی نظیر زیست سازگاری، سمی نبودن و فعالیت ضد میکروبی آن میباشد . - Park et al., 2002 -
فیلمهای کیتوزانی به راحتی توسط تبخیر محلول اسیدی رقیق این موادبه دست میآیند. کیتوزان به عنوان یک عامل باکتریواستاتیک/ باکتریوسیدال به منظور کنترل رشد گسترهی متنوعی از باکتریها مورد استفاده قرار میگیرد. در باکتریهای گرم مثبت، بخش اصلی تشکیل دهندهی دیوارهی سلولی، پپتیدوگلیکان و مقدار کمی پروتئین میباشد. در حالی که پپتیدوگلیکان دیوارهی سلولی باکتریهای گرم منفی بسیار نازک تر است، اما به دلیل وجود پلی ساکارید، پروتئین و لیپید - علاوه بر پپتیدوگلیکان - بسیار پیچیده تر است. علاوه براین، دیواره سلولی باکتریهای گرم منفی دارای یک غشاء خارجی تر است که شامل مواد تشکیل دهندهی بخش خارجی دیواره است . - Black et al., 1996 -
فاکتورهای تاثیر گذار بر فعالیت ضد میکروبی کیتوزان:
