Preparation of controlled release antimicrobial food packaging materials

Abstract

Bu çalışmada, potasyum sorbat (PS) içeren selüloz asetat (SA) filmler antimikrobiyel gıda paketleme uygulamaları için geliştirilmiştir. Bu filmlerin en önemli özelliğinin asimetrik ve gözenekli yapıları olduğu belirlenmiştir. Antimikrobiyel ajanın uygun kontrollü salımını elde etmek için filmlerin yapısı film çözeltisinin başlangıç kompozisyonu, ıslak çekme kalınlığı, kurutma sıcaklığı ve film katmanı parametrelerindeki manipülasyonlarla değiştirilmiştir. Filmlerin etkinliği, aktif ajanın salınım kinetiği ve hedef organizma Penicillium commune üzerindeki antimikrobiyel aktivitesi ölçülerek test edilmiştir. Film çözeltisinin başlangıç kompozisyonu, ıslak çekme kalınlığı ve kurutma sıcaklığı arttıkça filmin gözenekliliği ve gözenek boyutu azalmış ve daha yavaş salım oranlarının bulunmasına neden olmuştur. İncelenen dört parametre içinde, salınımı etkileyen en önemlisinin katman sayısı olduğu bulunmuştur. Çok katlı filmlerin difüzyon katsayılarının tek katmanlara göre yüz kat daha küçük olduğu gözlenmiştir. Tek katlı filmlerde kurutma etkili kristallenme gözlenmiş ve daha gözenekli film yapılarında kristal sayısının daha yüksek ve kristal boyutunun daha büyük olduğu bulunmuştur. Tek katlı filmlerdeki Fickian difüzyonu tarafından kontrol edilen baştaki hızlı PS salımı daha sonraki aşamalarda kristallerin yavaş çözünmesinden dolayı azalmıştır. Öte yandan çok katmanlı filmlerde PS salınım oranı yalnızca Fickian difüzyonu ile kontrol edilmektedir. Hazırlanan her film seçilen organizmanın gelişimini engelleyerek organizma üzerinde antimikrobiyel etki göstermiştir. Tek katlı filmlerin çok katlı filmlere oranla daha yüksek antimikrobiyel etki gösterdiği saptanmıştır. Ayrıca, 50°C'da hazırlanan çok katmanlı film 7 günün sonunda antimikrobiyel aktivitesinin büyük bir kısmını korumuştur. Salınım ve antimikrobiyel testlerden elde edilen sonuçlar, bu çalışmada geliştirilen PS içeren SA filmlerin gıda paketleme uygulamalarında kontrollü salım ile yüksek potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.

In this study, potassium sorbate (Psb) incorporated cellulose acetate (CA) films were developed for antimicrobial food packaging applications. The most significant characteristics of these films were their asymmetric porous structure. To achieve appropriate controlled release of Psb, the structure of the films were changed by manipulating the initial casting composition, wet casting thickness, drying temperature and number of layers. The effectiveness of the films was tested through measurement of release kinetics and antimicrobial activity on selected microorganism, Penicillium commune. It was found that as the initial casting composition, wet casting thickness and drying temperature increase, porosity and pore size of the films reduce leading to slower release rates. The most significant parameter affecting the release was found as the number of layers. The diffusion coefficient of Psb through multilayer films decreased by two orders of magnitude compared with single layer. Drying-induced crystallization was observed in single layer films. Higher number and larger size of crystals were observed in more porous films. Fast initial release of Psb from the single layer films which is controlled by Fickian diffusion was followed by a decreasing release rate due to slow crystal dissolution. However, in multilayer films, release rate is regulated only by diffusion of Psb through the film. All the films prepared showed growth inhibition on P. commune. The antimicrobial activities of single layer films were found higher than the multilayer films. The results of this study demonstrated that Psb incorporated CA films show promising potential for controlled release in antimicrobial packaging.