[go: up one dir, main page]

PL212125B1 - Biopolymer biocomposite of antimicrobial activity - Google Patents

Biopolymer biocomposite of antimicrobial activity

Info

Publication number
PL212125B1
PL212125B1 PL393258A PL39325810A PL212125B1 PL 212125 B1 PL212125 B1 PL 212125B1 PL 393258 A PL393258 A PL 393258A PL 39325810 A PL39325810 A PL 39325810A PL 212125 B1 PL212125 B1 PL 212125B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
biocomposite
amount
aqueous solution
ppm
solution contains
Prior art date
Application number
PL393258A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL393258A1 (en
Inventor
Andrzej Jarmoluk
Anna Zimoch
Original Assignee
Univ Przyrodniczy We Wrocławiu
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Przyrodniczy We Wrocławiu filed Critical Univ Przyrodniczy We Wrocławiu
Priority to PL393258A priority Critical patent/PL212125B1/en
Publication of PL393258A1 publication Critical patent/PL393258A1/en
Publication of PL212125B1 publication Critical patent/PL212125B1/en

Links

Landscapes

  • Food Preservation Except Freezing, Refrigeration, And Drying (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest biopolimerowy biokompozyt o aktywności przeciwdrobnoustrojowej, zawierający składniki wykorzystywane w procesach produkcji żywności i/lub leków, i/lub kosmetyków.The subject of the invention is a biopolymer biocomposite with antimicrobial activity, containing ingredients used in the production of food and / or drugs and / or cosmetics.

Biokompozyt, według wynalazku, może znaleźć zastosowania w przemyśle żywnościowym, farmaceutycznym lub kosmetycznym, zwłaszcza do otoczkowania i wytwarzania jadalnych powłok ochronnych.The biocomposite according to the invention can find applications in the food, pharmaceutical or cosmetic industries, especially for encapsulating and producing edible protective coatings.

Celem stosowania substancji biologicznie aktywnych, jako dodatków do żywności lub ich nanoszenia w formie bioaktywnych powłok ochronnych, jest zapewnienie wysokiego standardu jakości, świeżości oraz bezpieczeństwa żywności, w połączeniu z działaniami proekologicznymi w opakowalnictwie. Początki wykorzystywania naturalnych powłok ochronnych sięgają 3000 lat p.n.e. i nadal są niezmiennie popularne, np. przewody pokarmowe zwierząt rzeźnych, woski, głównie ze względu na zdolność przepuszczania pary wodnej, substancji zapachowych i gazów, a także cechy plastyczne związane z dopasowaniem do kształtu produktu. Jednak podatność surowców żywnościowych na, np. zanieczyszczenia mikrobiologiczne, uszkodzenia mechaniczne, jak również ograniczenia wymiarowe, są powodem dla którego osłonki i opakowania wytwarzane z tworzyw syntetycznych zyskują obecnie tak szerokie zastosowania. Osłonki sztuczne mogą być produkowane z syntetycznych i naturalnych surowców. Tradycyjne materiały opakowaniowe takie jak polipropylen, polistyren czy poliamidy, produkowane są na drodze polimeryzacji niskociśnieniowej propylenu, styrenu lub wytwarzane z pochodnych węgla, gazu ziemnego czy ropy naftowej. Substancje te mogą stanowić źródło problemów zdrowotnych, związanych z migracją szkodliwych komponentów tworzyw sztucznych zarówno do produktu jak i organizmu człowieka a dodatkowo zwiększają pulę trudnodegradowalnych odpadów zagrażających środowisku naturalnemu człowieka.The purpose of using biologically active substances as food additives or applying them in the form of bioactive protective coatings is to ensure a high standard of quality, freshness and food safety, in conjunction with pro-ecological measures in packaging. The beginnings of using natural protective coatings date back to 3000 BC. and are still invariably popular, e.g. the digestive tract of slaughter animals, waxes, mainly due to the ability to pass water vapor, fragrances and gases, as well as plastic features related to adapting to the shape of the product. However, the susceptibility of food raw materials to, for example, microbiological contamination, mechanical damage, as well as dimensional limitations, are the reasons why casings and packaging made of synthetic materials are currently gaining such wide application. Artificial casings can be made of synthetic and natural raw materials. Traditional packaging materials, such as polypropylene, polystyrene or polyamides, are produced by low-pressure polymerization of propylene, styrene or made of coal, natural gas or crude oil. These substances can be a source of health problems related to the migration of harmful plastic components both to the product and the human body, and additionally increase the pool of hard-to-degradable waste that threatens the natural environment.

Współcześnie duże zainteresowanie budzą technologie wytwarzania powłok ochronnych, w formie jadalnych filmów formowanych, bezpośrednio na powierzchni surowców lub produktów, na bazie takich substratów naturalnych jak: białka, polisacharydy czy lipidy, z dodatkami szeregu substancji konserwujących (Cutter C.N., 2002. Incorporation antimicrobials into packaging materials.Nowadays, the technologies of producing protective coatings, in the form of edible films formed directly on the surface of raw materials or products, based on such natural substrates as proteins, polysaccharides or lipids, with the addition of a number of preservatives, are of great interest (Cutter CN, 2002. Incorporation antimicrobials into packaging materials.

AMSA Rec. Meat Conf. http://www.meatscience.org/pubs/proceedings.htm; Dawson P., Acton J. Ogale A., 2002. Biopolimer films and potential applications to meat and poultry products. AMSA Reciprocal Meat Conference http://www.meatscience.org/pubs/proceedings.htm).AMSA Rec. Meat Conf. Http://www.meatscience.org/pubs/proceedings.htm; Dawson P., Acton J. Ogale A., 2002. Biopolymer films and potential applications to meat and poultry products. AMSA Reciprocal Meat Conference http://www.meatscience.org/pubs/proceedings.htm).

Spośród białek stosowanych do tworzenia powłok najczęściej wykorzystywane są: kolagen, żelatyna, gluten pszenicy, białka soi, białka serwatki i zeina. Natomiast polisacharydowe filmy otrzymuje się między innymi z pochodnych celulozy oraz agaru, karagenu, pektyn, alginianów, chitozanu. Powłoki mogą być także formowane z wosku pszczelego, wosku camauba i triacylogliceroli. Te ostatnie wykorzystywane są również jako substancje zwiększające hydrofobowość i zmniejszające paroprzepuszczalność filmów ochronnych (Debeaufort F., Quezada-Gallo J.A., Voilley A., 1998. Edible films and coatings: tomorrow's packagings: A review. Critical Reviews in Food Science, 38: 299-313). Projektowanie jadalnych powłok i filmów folii nowej generacji ma na celu zwiększenie ich funkcjonalności poprzez wprowadzenie naturalnych lub chemicznych substancji o działaniu antydrobnoustrojowym lub przeciwutleniającym, składników funkcjonalnych czy enzymów, które mają działanie probiotyczne, są witaminami i/lub składnikami mineralnymi (Bifani V., Ramirez C., Ihl M., Rubilar M., Garcia A., Zaritzky N., 2007. Effects of murta (Ugni molinae Turcz) extract on gas and water vapor permeability of carboxymethylcellulose-based edible films. LWT-Food Science & Technology, 40: 1473-1481; Vargas M, Pastor C, Chiralt A, McClements DJ, Gonzάlez-Martinez C., 2008. Recent advances in edible coatings for fresh and minimally processed fruits. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 48: 496-511). Powszechnie stosowane są bakteriocyny, np. Iaktocyna (Scannell A.G.M., Hill C., Ross R.P., Marx S., Hartmeier W., Arendt E.K., 2000. Development of bioactive food pack-aging materials using immobilised bacteriocins lacticin 3147 and nisaplin. International Journal of Food Microbiology, 60: 241 - 249), pediocyna (Santiago-Silva P., Soares N.F.F., Nóbrega J.E., Jwiior M.A.W., Barbosa K.B.F., Volp A.C.P., Zerdas E.R.M.A., Wϋrlitzer N.J., 2009. Antimicrobial efficiency of film incorporated with pediocin (AL-TA®2351) on preservation of sliced ham. Food Control, 20: 85-89), nizyna (Sanjurjo K., Flores S., Gerschenson L., Jagus R., 2006. Study of the performance of nisin supported in edible films. Food Research International, 39: 749-754) oraz enzymy takie jak: chitynaza, oksydaza glukozowa (Suppakul P., Miltz J., Sonneveld K., Bigger S.W. 2003. Active packaging technologies with an emphasis on antimicrobial packaging and its Applications. Journal of Food Science, 68: 408420), czy laktoperoksydaza (Mecitoglu ę„ Yemenicioglu A., 2007. Partial purification and preparationAmong the proteins used to form the coatings, the most commonly used are: collagen, gelatin, wheat gluten, soy proteins, whey proteins and zein. On the other hand, polysaccharide films are obtained from derivatives of cellulose and agar, carrageenan, pectins, alginates, and chitosan. The coatings can also be formed from beeswax, camauba wax and triacylglycerols. The latter are also used as substances increasing the hydrophobicity and reducing the vapor permeability of protective films (Debeaufort F., Quezada-Gallo JA, Voilley A., 1998. Edible films and coatings: tomorrow's packagings: A review. Critical Reviews in Food Science, 38: 299 -313). The design of next-generation edible coatings and films is to increase their functionality by introducing natural or chemical substances with antimicrobial or antioxidant activity, functional ingredients or enzymes that have a probiotic effect, are vitamins and / or minerals (Bifani V., Ramirez C ., Ihl M., Rubilar M., Garcia A., Zaritzky N., 2007. Effects of murta (Ugni molinae Turcz) extract on gas and water vapor permeability of carboxymethylcellulose-based edible films. LWT-Food Science & Technology, 40 : 1473-1481; Vargas M, Pastor C, Chiralt A, McClements DJ, Gonzάlez-Martinez C., 2008. Recent advances in edible coatings for fresh and minimally processed fruits. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 48: 496-511) . Bacteriocins are commonly used, e.g. Iaktocin (Scannell AGM, Hill C., Ross RP, Marx S., Hartmeier W., Arendt EK, 2000. Development of bioactive food pack-aging materials using immobilized bacteriocins lacticin 3147 and nisaplin. International Journal. of Food Microbiology, 60: 241 - 249), pediocin (Santiago-Silva P., Soares NFF, Nóbrega JE, Jwiior MAW, Barbosa KBF, Volp ACP, Zerdas ERMA, Wϋrlitzer NJ, 2009. Antimicrobial efficiency of film incorporated with pediocin ( AL-TA®2351) on preservation of sliced ham. Food Control, 20: 85-89), nisin (Sanjurjo K., Flores S., Gerschenson L., Jagus R., 2006. Study of the performance of nisin supported in edible films. Food Research International, 39: 749-754) and enzymes such as: chitinase, glucose oxidase (Suppakul P., Miltz J., Sonneveld K., Bigger SW 2003. Active packaging technologies with an emphasis on antimicrobial packaging and its Applications. Journal of Food Science, 68: 408420), and lactoperox ydaza (Mecitoglu ę „Yemenicioglu A., 2007. Partial purification and preparation

PL 212 125 B1 of bovine Iactoperoxidase and characterization of kinetic properties of its immobilized form incorporated into cross-linked alginate films. Food Chemistry, 104: 726-733).PL 212 125 B1 of bovine Iactoperoxidase and characterization of kinetic properties of its immobilized form incorporated into cross-linked alginate films. Food Chemistry, 104: 726-733).

Laktoperoksydaza posiada zarówno właściwości przeciwbakteryjne, jak i antyoksydacyjne zlokalizowana jest w sutkach, śliniankach, gruczołach łzowych ssaków oraz ich wydzielinach (Seifu E., Buys E.M., Donkin E.F., 2005. Significance of the lactoperoxidase system in the dairy industry and its potential applications: a review. Trends in Food Science and Technology, 16: 137-154). Enzym ten ma działanie bójcze w stosunku do bakterii Gram (+) i Gram (-) (Kussendrager K.D., van Hooijdonk A.C.M., 2000. Lactoperoxidase: physico-chemical properties, occurrence, mechanism of action and applications. British Journal of Nutrition, 84: 19-25). Wiele naturalnych substancji powszechnie znanych jako substancje smakowe, wykazuje również działanie bakteriostatyczne i z powodzeniem zostały zastosowane w powłokach białkowych i polisacharydowych. Są to olejki eteryczne izolowane z oregano, rozmarynu i czosnku (Seydim A.C., Sarikus G., 2006. Antimicrobial activity of whey protein based edible films incorporated with oregano, rosemary and garlic essential oils. Food Research International, 39: 639-644) oraz olejki pozyskiwane, w różnych stężeniach z trawy cytrynowej czy cynamonu, (Rojas-Graϋ M.A., Avena-Bustillos R.J., Friedman M., Henika P.R., Martin-Belloso O., McHugh T.H., 2006. Mechanical, barrier, and antimicrobial properties of apple puree edible films containing plant essential oils. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 54: 9262-9267).Lactoperoxidase has both antimicrobial and antioxidant properties and is localized in the nipples, salivary glands, tear glands of mammals and their secretions (Seifu E., Buys EM, Donkin EF, 2005. Significance of the lactoperoxidase system in the dairy industry and its potential applications: a review. Trends in Food Science and Technology, 16: 137-154). This enzyme has a killing effect against Gram (+) and Gram (-) bacteria (Kussendrager KD, van Hooijdonk ACM, 2000. Lactoperoxidase: physico-chemical properties, occurrence, mechanism of action and applications. British Journal of Nutrition, 84: 19-25). Many natural substances, commonly known as flavors, are also bacteriostatic and have been used successfully in protein and polysaccharide coatings. These are essential oils isolated from oregano, rosemary and garlic (Seydim AC, Sarikus G., 2006. Antimicrobial activity of whey protein based edible films incorporated with oregano, rosemary and essential garlic oils. Food Research International, 39: 639-644) and oils obtained in various concentrations from lemongrass or cinnamon, (Rojas-Graϋ MA, Avena-Bustillos RJ, Friedman M., Henika PR, Martin-Belloso O., McHugh TH, 2006. Mechanical, barrier, and antimicrobial properties of apple puree edible films containing plant essential oils. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 54: 9262-9267).

Znanych jest klika metod wytwarzania filmów z udziałem modyfikowanej celulozy i chitozanu o dobrych właściwościach fizykochemicznych (Sebti I., Chollet E., Degraeve P., Noel C., Peyrol E., 2007. Water sensitivity, antimicrobial, and physiccochemical analyses of edible films based on HPMC and/or chitosan. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55: 693-699; De Moura M.R., AvenaBustillos R.J., Mchugh T.H., Krochta J.M.,.Mattoso L.H.C., 2008. Properties of novel hydroxypropyl methylcellulose films containing chitosan nanoparticles. Journal of Food Science, 73: N31-N37) i antymikrobiologicznych (Molier H., Grelier S., Pardon P., Coma V., 2004. Antimicrobial and physicochemical properties of chitosan-HPMC based films. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 52: 6585-6591; Park S.I., Stan S.D., Daeschel M.A., Zhao Y., 2005. Antifungal coatings on fresh strawberries (Fragaria x ananassa) to control mold growth during cold storage. Journal of Food Science, 70: M202 - M207; Sebti I., Chollet E., Degraeve P., Noel C., Peyrol E., 2007. Water sensitivity, antimicrobial, and physicochemical analyses of edible films based on HPMC and/or chitosan. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55: 693-699).There are several methods of producing films with modified cellulose and chitosan with good physicochemical properties (Sebti I., Chollet E., Degraeve P., Noel C., Peyrol E., 2007. Water sensitivity, antimicrobial, and physiccochemical analyzes of edible films based on HPMC and / or chitosan. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55: 693-699; De Moura MR, AvenaBustillos RJ, Mchugh TH, Krochta JM, .Mattoso LHC, 2008. Properties of novel hydroxypropyl methylcellulose films containing chitosan nanoparticles. Journal of Food Science, 73: N31-N37) and antimicrobial (Molier H., Grelier S., Pardon P., Coma V., 2004. Antimicrobial and physicochemical properties of chitosan-HPMC based. Journal of Agriculture and Food films Chemistry, 52: 6585-6591; Park SI, Stan SD, Daeschel MA, Zhao Y., 2005. Antifungal coatings on fresh strawberries (Fragaria x ananassa) to control mold growth during cold storage Journal of Food Science, 70: M202-M207; Sebti, I., Cho llet E., Degraeve P., Noel C., Peyrol E., 2007. Water sensitivity, antimicrobial, and physicochemical analyzes of edible films based on HPMC and / or chitosan. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55: 693-699).

Również zastosowanie chitozanu i nanosrebra było analizowane pod kątem właściwości antydrobnoustrojowych (Rhim J. W., Hong S.I., Park H.-M., Ng P. K. W., 2006. Preparation and characterization of chitosan-based nanocomposite films with antimicrobial activity. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 54: 5814-5822), a także synergistyczny ochronny efekt działania chitooligosacharydów i lizozymu na zepsucie mięsa (Rao M.S., Chander R., Sharma A., 2008. Synergistic effect of chitooligosaccharides and lysozyme for meat preservation. Food Science and Technology, 41: 1995-2001).The use of chitosan and nanosilver was also analyzed in terms of antimicrobial properties (Rhim JW, Hong SI, Park H.-M., Ng PKW, 2006. Preparation and characterization of chitosan-based nanocomposite with antimicrobial activity. Journal of Agricultural and Food films Chemistry, 54: 5814-5822), as well as the synergistic protective effect of chitooligosaccharides and lysozyme on meat spoilage (Rao MS, Chander R., Sharma A., 2008. Synergistic effect of chitooligosaccharides and lysozyme for meat preservation. Food Science and Technology, 41: 1995-2001).

Znany jest sposób (zgłoszenie W02008036243) dotyczący wytwarzania filmów lizozymowo-chitozanowych przeznaczonych do stosowania do żywności w celu ochrony antydrobnoustrojowej.There is known a method (application WO2008036243) relating to the production of lysozyme-chitosan films intended for use in food for the purpose of antimicrobial protection.

Z opisu patentowego CN101496534 znany jest sposób hamowania procesów psucia się mięsa chłodzonego poprzez moczenie bądź spryskanie go mieszaniną kompozytów o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych, zawierających od 0,01 do 0,02 części lizozymu, od 0,005 do 0,01 części chitozanu oraz 0,001 do 0,002 części nizyny. Tak traktowane mięso jest następnie pakowane próżniowo i poddawane obróbce ciśnieniowej o parametrach ciśnienia od 100 MPa do 180 MPa przez 5-15 minut.Patent description CN101496534 describes a method of inhibiting the deterioration of chilled meat by soaking or spraying it with a mixture of composites with antimicrobial properties, containing from 0.01 to 0.02 parts of lysozyme, from 0.005 to 0.01 parts of chitosan and 0.001 to 0.002 parts of nisin. . The treated meat is then vacuum packed and subjected to a pressure treatment with pressure parameters ranging from 100 MPa to 180 MPa for 5-15 minutes.

W japońskim opisie patentowym JP4267867 przedstawiono skład mieszaniny chroniącej żywność przed zepsuciem, która charakteryzuje się zawartością następujących substancji: witaminy E, chityny, chitozanu i jego hydrolizatów lub modyfikatów, oligosacharydów chitozanu, hydrolizatów pektyn, lizozymu itp. Substancje te dodawano do etanolu i kwasów organicznych, takich jak kwas octowy, kwas mlekowy, kwas cytrynowy, kwas jabłkowy.Japanese patent JP4267867 describes the composition of a mixture which protects food against deterioration, which is characterized by the content of the following substances: vitamin E, chitin, chitosan and its hydrolysates or modifications, chitosan oligosaccharides, pectin hydrolysates, lysozyme, etc. These substances were added to ethanol and organic acids, such as acetic acid, lactic acid, citric acid, malic acid.

W czeskim opisie patentowym 293987 prezentowany jest sposób wytwarzania biologicznie aktywnych opakowań, których bazą jest polimer immobilizujący substancje ochronne takie jak: antybiotyki i/lub związki srebra i/lub pochodne fenolu i/lub bakteriocyny i/lub estry kwasu p-hydroksybenzoesowego i/lub monoglicerydy kwasów tłuszczowych i/lub kwas benzoesowy i/lub kwas sorbowy i/lub chitozan i/lub eter 2,2,4-trichloro-2-hydroksyfenylu i/lub lizozym i/lub nizynę i/lub heksametylenotetraaminę.The Czech patent description 293987 presents a method of producing biologically active packaging based on a polymer immobilizing protective substances such as: antibiotics and / or silver compounds and / or phenol derivatives and / or bacteriocins and / or p-hydroxybenzoic acid esters and / or monoglycerides fatty acids and / or benzoic acid and / or sorbic acid and / or chitosan and / or 2,2,4-trichloro-2-hydroxyphenyl ether and / or lysozyme and / or nisin and / or hexamethylenetetramine.

Ze zgłoszenia nr W02006065581 znana jest kompozycja srebra nanocząsteczkowego oraz co najmniej jednej z wymienionych substancji: soli srebra tlenku cynku, chitozanu lub pochodnych chito4From the application No. WO2006065581, a composition of nanoparticle silver and at least one of the following substances is known: silver salt of zinc oxide, chitosan or chito derivatives4

PL 212 125 B1 zanu, która może być stosowana, jako biocyd lub w procesie wytwarzania preparatu o działaniu biocydowym.It can be used as a biocide or in the production of a preparation with a biocidal effect.

W japońskim opisie patentowym 63036767 przedstawione jest wykorzystanie wodnych roztworów naturalnych włókien, takich jak: celuloza, chityna, chitozan i innych oraz polihydroksy związków, takich jak: monosacharydy, oligosacharydy, polisacharydy, pullulan, żelatyna, pektyny do produkcji powłok jadalnych.Japanese patent specification 63036767 describes the use of aqueous solutions of natural fibers such as cellulose, chitin, chitosan and other and polyhydroxy compounds such as monosaccharides, oligosaccharides, polysaccharides, pullulan, gelatin, pectin for the production of edible coatings.

Istotną niedoskonałością opisanych powyżej rozwiązań wykorzystujących biopolimery do zabezpieczania przed zepsuciem substancji organicznych i spożywanych przez ludzi produktów żywnościowych, odżywczych czy też leków jest determinowane składem recepturowym ograniczone spektrum działania przeciwdrobnoustrojowego i trudne do modyfikacji właściwości fizykochemiczne.A significant shortcoming of the solutions described above using biopolymers to protect organic substances and food, nutritional products or drugs consumed by humans against deterioration is the limited spectrum of antimicrobial activity determined by the recipe composition and physicochemical properties that are difficult to modify.

Wynalazek dotyczy wieloskładnikowego biokompozytu o aktywności przeciwdrobnoustrojowej wytwarzanego na osnowie naturalnych biopolimerów, zawierającego w swym składzie roztwór wodny, w którym rozpuszczone mogą być dodatkowe substancje, wykorzystywane w procesach produkcji żywności, i/lub leków, i/lub kosmetyków komplementarnie modyfikujące takie cechy, właściwości i funkcje biokompozytu jak: zdolność hamowania wzrostu drobnoustrojów, szybkość uwalniania substancji aktywnych biologicznie, lepkość, adhezyjność, struktura, wytrzymałość, elastyczność, barierowość, barwa, smak, zapach, rozpuszczalność, stabilność przechowalnicza, redukcyjność, itp.The invention relates to a multi-component biocomposite with antimicrobial activity produced on the basis of natural biopolymers, containing in its composition an aqueous solution in which additional substances used in the production of food and / or drugs and / or cosmetics may be dissolved, complementarily modifying such features, properties and functions of the biocomposite, such as: the ability to inhibit the growth of microorganisms, the rate of release of biologically active substances, viscosity, adhesiveness, structure, strength, flexibility, barrier, color, taste, smell, solubility, storage stability, reducibility, etc.

Istotą wynalazku jest biopolimerowy biokompozyt, który zawiera hydroksypropylometylocelulozę (HPMC) w ilości od 0,1 do 50% wagowych, plastyfikator, zwłaszcza glicerynę, w ilości od 0,025 do 20% wagowych, substancje białkowe, zwłaszcza Iizozym i/lub cystatynę, w ilości od 0,01 do 20% wagowych oraz nanocząsteczkową niejonową formę srebra koloidalnego, w ilości od 1 do 50 ppm, a pozostałość stanowi roztwór wodny w ilości zmiennej i zależnej od stopnia immobilizowania wody i/lub odwodnienia biokompozytu, będących odpowiednio skutkiem jej immobilizacji w sieci przestrzennej, którą tworzą w zolu lub żelu użyte biopolimery i/lub stopnia wysuszenia ustrukturowanej formy biokompozytu, który to stopień warunkowany jest wilgotnością równowagową i czasem jej utrzymywania.The essence of the invention is a biopolymer biocomposite that contains hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) in an amount of 0.1 to 50% by weight, a plasticizer, especially glycerin, in an amount of 0.025 to 20% by weight, protein substances, especially lysozyme and / or cystatin, in an amount from 0.01 to 20% by weight and nanoparticle non-ionic form of colloidal silver, in an amount from 1 to 50 ppm, and the remainder is an aqueous solution in an amount that varies and depends on the degree of water immobilization and / or dehydration of the biocomposite, respectively the result of its immobilization in the spatial lattice which is formed in the sol or gel by the used biopolymers and / or the degree of drying of the structured form of the biocomposite, which degree depends on the equilibrium humidity and the time of its holding.

Korzystnie jest, gdy roztwór wodny zawiera nieuwodnione formy chitozanu i/lub jego sole, i/lub jego modyfikaty, i/lub jego hydrolizaty, i/lub jego oligomery lub formy te rozpuszczone w kwasach organicznych, w ilości od 0,1 do 50% wagowych, a zwłaszcza w kwasie mlekowym lub octowym i lub ich mieszaninach, o stężeniu od 1 do 20% wagowych,Preferably, the aqueous solution contains non-hydrated chitosan forms and / or its salts and / or its modifications and / or its hydrolysates and / or its oligomers or these forms dissolved in organic acids in an amount of 0.1 to 50% by weight, especially in lactic or acetic acid and or their mixtures, at a concentration of 1 to 20% by weight,

Korzystnie też jest, gdy wodny roztwór zawiera bakteriocyny pochodzenia drobnoustrojowego w ilości od 1 ppm do 1000 ppm lub fitoncydy, oleorezyny, ekstrakty, izoIaty pochodzenia roślinnego, w ilości od 1 ppm do 5000 ppm.It is also preferred that the aqueous solution contains bacteriocins of microbial origin in an amount from 1 ppm to 1000 ppm or phytoncides, oleoresins, extracts, isoIates of plant origin in an amount from 1 ppm to 5000 ppm.

Wodny roztwór może również zawierać substancje sieciujące, barwniki, środki zapachowe, w tym preparaty dymu wędzarniczego i konserwanty chemiczne lub reduktory i przeciwutleniacze, w ilościach od 1 ppm do 5000 ppm.The aqueous solution may also contain cross-linkers, dyes, flavors, including smoke preparations and chemical preservatives, or reducing agents and antioxidants, in amounts ranging from 1 ppm to 5,000 ppm.

Zastosowanie do wytwarzania biodegradowalnych, biologicznie aktywnych, biokompozytów hydroksypropylometylocelulozy (HPMC), jako substancji bazowej, stwarza możliwości uzyskiwania całkowicie nowych i odmiennych rozwiązań, w odniesieniu do dotychczas znanych preparatów wieloskładnikowych.The use of hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) biocomposites as a base substance for the production of biodegradable, biologically active biocomposites creates the possibility of obtaining completely new and different solutions, in relation to the previously known multicomponent preparations.

Możliwe jest to dzięki wykorzystaniu specyficznych właściwości hydroksypropylometylocelulozy, do których zalicza się miedzy innymi:This is possible thanks to the specific properties of hydroxypropyl methylcellulose, which include, among others:

• biodegradowalność i biokompatybilność, • transparentność i neutralność sensoryczną, • oporność na endogenne enzymy przewodu pokarmowego człowieka, • osłonowość wobec substancji białkowych, • stabilność właściwości fizykochemicznych w szerokim gradiencie kwasowości czynnej i dostarczanej lub odbieranej energii cieplnej, • brak toksyczności.• biodegradability and biocompatibility, • transparency and sensory neutrality, • resistance to endogenous enzymes of the human gastrointestinal tract, • shielding to protein substances, • stability of physicochemical properties in a wide gradient of active acidity and heat energy delivered or received, • no toxicity.

Nieoczekiwanie okazało się, że dzięki wykorzystaniu HPMC, jako osnowy biokompozytu może być wprowadzanych w jego skład szereg substancji, komplementarnie modyfikujących między innymi: zdolność hamowania wzrostu drobnoustrojów, szybkość uwalniania substancji aktywnych biologicznie, lepkość, adhezyjność, strukturę, wytrzymałość mechaniczną, elastyczność, barierowość, barwę, smak, zapach, rozpuszczalność, stabilność przechowalniczą, redukcyjność.Unexpectedly, it turned out that thanks to the use of HPMC as a biocomposite matrix, a number of substances can be incorporated into its composition, complementary modifying, among others: the ability to inhibit the growth of microorganisms, the release rate of biologically active substances, viscosity, adhesiveness, structure, mechanical strength, flexibility, barrier, color, taste, smell, solubility, storage stability, reducibility.

Ponadto, zastosowanie w składzie biokompozytu nanocząstek koloidalnego srebra znacznie poszerza jego spektrum aktywności przeciwdrobnoustrojowej.In addition, the use of colloidal silver nanoparticles in the composition of the biocomposite significantly extends its spectrum of antimicrobial activity.

PL 212 125 B1PL 212 125 B1

W wynalazku wykorzystuje się substancje i składniki dopuszczone do spożycia przez ludzi, co sprawia, że przy stosowaniu biokompozytu w postaci trwale zintegrowanej z produktem żywnościowym lub lekiem w formie otoczki czy też powłoki ochronnej, jest on jadalny i nietoksyczny.The invention uses substances and ingredients approved for human consumption, which makes the use of a biocomposite in a form permanently integrated with a food product or drug in the form of a coating or a protective coating, edible and non-toxic.

Przedmiot wynalazku ilustrują poniższe przykłady wykonania nieograniczające jego zakresu.The following non-limiting examples illustrate the subject of the invention.

P r z y k ł a d 1. Przygotowuje się wodny roztwór hydroksypropylometylocelulozy (HPMC) o stężeniu 5%. Następnie rozcieńcza się go, do końcowej wartości 0,5%, przy użyciu wody, wprowadzając dodatkowo do roztworu wodny roztwór lizozym o aktywności 2000 U/mg białka, nanokoloid srebra, kwas mlekowy i glicerynę, w takich ilościach by stężenie lizozymu, koloidu srebra i kwasu mlekowego, w finalnej postaci biokompozytowego zolu wynosiło odpowiednio 1%, 1 ppm i 1%, zaś glicerolu 25% w stosunku do suchej masy biopolimerów.Example 1. A 5% aqueous solution of hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) is prepared. Then it is diluted to the final value of 0.5% with water, additionally adding to the solution an aqueous solution of lysozyme with an activity of 2000 U / mg of protein, silver nanocolloid, lactic acid and glycerin in such amounts as to the concentration of lysozyme, silver colloid and of lactic acid, in the final form of the biocomposite sol, it was 1%, 1 ppm and 1%, respectively, and glycerol 25%, based on the dry weight of the biopolymers.

Uzyskany biokompozyt może być nanoszony w postaci zolu bezpośrednio na powierzchnię chronionego produktu, bądź wylewany na płytę pokrytą teflonem, gdzie po wysuszeniu przekształca się w ustrukturowaną formę powłoki ochronnej w postaci filmu. Powłoki takie lub otoczki mogą być nanoszone, z zastosowaniem w tym celu znanych urządzeń i operacji technologicznych, bezpośrednio na powierzchni produktów przemysłu żywnościowego, farmaceutycznego lub kosmetycznego. Taki film cechuje się przepuszczalnością pary wodnej na poziomie 7,6E-10 g/m*s*Pa oraz zdolnością wymiatania wolnych rodników na poziomie około 82%. Ponadto, całkowicie hamuje wzrost Bacillus cereus i redukuje wzrost Micrococcus Aavus o 3 rzędy logarytmiczne oraz inhibuje rozwój Aspergillus niger w 40% nieporośniętej powierzchni szalki Petriego.The obtained biocomposite can be applied in the form of a sol directly on the surface of the protected product, or poured onto a plate covered with Teflon, where, after drying, it transforms into a structured form of a protective coating in the form of a film. Such coatings or coatings can be applied, with the use of known technological devices and operations, directly to the surface of products of the food, pharmaceutical or cosmetic industry. Such a film has a water vapor permeability of 7.6E-10 g / m * s * Pa and a free radical scavenging capacity of about 82%. Furthermore, it completely inhibits the growth of Bacillus cereus and reduces the growth of Micrococcus Aavus by 3 log orders, and inhibits the growth of Aspergillus niger in 40% of the non-grown Petri dish surface.

P r z y k ł a d 2. Przygotowuje się wodne roztwory hydroksypropylometylocelulozy (HPMC) i lizozymu i nizyny o stężeniach odpowiednio 5%, 10% i 1% oraz 4% roztwór chitozanu w 2% kwasie mlekowym. Dodatkowo do sporządzenia zolu biokompozytu wykorzystuje się koloid nanosrebra (o stężeniu 50 ppm), glicerynę i wodę. Następnie tak przygotowane roztwory miesza się ze sobą w takich proporcjach i ilościach, aby zol gotowego biokompozytu zawierał: 0,5% HPMC 1% chitozanu, 1% lizozymu, oraz 25% glicerolu w stosunku suchej masy biopolimerów.Example 2. Aqueous solutions of hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) and lysozyme and nisin with concentrations of 5%, 10% and 1%, respectively, and a 4% solution of chitosan in 2% lactic acid are prepared. Additionally, nanosilver colloid (50 ppm concentration), glycerin and water are used to prepare the biocomposite sol. Then, the prepared solutions are mixed together in such proportions and amounts that the sol of the finished biocomposite contains: 0.5% HPMC, 1% chitosan, 1% lysozyme, and 25% glycerol in relation to the dry weight of biopolymers.

Biokompozyt o takim składzie w pełni inhibuje wzrost zarówno bakterii Gram (+) z rodzaju Bacillus cereus, Micrococcus Aavus, jak i Gram (-): z rodzaju Escherichia coli, Pseudomonas Auorescens. Może być on stosowany do otoczkowania składników i powierzchniowej ochrony przed rozwojem drobnoustrojów produktów przemysłu żywnościowego, farmaceutycznego lub kosmetycznego z zastosowaniem w tym celu znanych urządzeń i operacji technologicznych.A biocomposite of such composition fully inhibits the growth of both Gram (+) bacteria of the genus Bacillus cereus, Micrococcus Aavus and Gram (-): of the genus Escherichia coli, Pseudomonas Auorescens. It can be used to encapsulate the ingredients and to protect the food, pharmaceutical or cosmetic industry products against microbial growth with the use of known technological equipment and operations.

P r z y k ł a d 3. Przygotowuje się wodny roztwór hydroksypropylometylocelulozy o wyjściowym stężeniu 5% oraz kwasowy roztwór chitozanu o stężeniu 4%. Roztwory miesza się w odpowiednich proporcjach z dodatkiem wody destylowanej, roztworu bakteriocyn i glicerolu, do finalnych stężeń: 0,5% hydroksypropylometylocelulozy, 2% chitozanu, 1% kwasu octowego, 20 ppm nizyny oraz 25% glicerolu w odniesieniu do suchej masy biopolimerów.Example 3. A water solution of hydroxypropylmethylcellulose with a starting concentration of 5% and an acidic chitosan solution with a concentration of 4% are prepared. The solutions are mixed in appropriate proportions with the addition of distilled water, a solution of bacteriocins and glycerol, to the final concentrations of: 0.5% hydroxypropyl methylcellulose, 2% chitosan, 1% acetic acid, 20 ppm nisin and 25% glycerol based on the dry weight of biopolymers.

Biokompozyt w formie zolu charakteryzuje się całkowitą redukcją bakterii Gram (+): Bacillus cereus, Micrococcus fluorescens, bakterii Gram (-): Escherichia coli, Pseudomonas fluorescens oraz Candida famata.The sol-shaped biocomposite is characterized by the complete reduction of Gram (+) bacteria: Bacillus cereus, Micrococcus fluorescens, Gram (-) bacteria: Escherichia coli, Pseudomonas fluorescens and Candida famata.

P r z y k ł a d 4. Przygotowuje się 5% wodny roztwór hydroksypropylometylocelulozy, 10% lizozymu o aktywności 2000 U/mg białka. Roztwory te po zmieszaniu i rozcieńczeniu wodą oraz ekstraktem rozmarynu i glicerolem do końcowych stężeń 0,5% i 0,5%. Natomiast finalne stężenie ekstraktu w zolu rozcieńcza się do 1000 ppm, a glicerol do 25% w stosunku do suchej masy polimerów.Example 4. A 5% aqueous solution of hydroxypropyl methylcellulose, 10% lysozyme with an activity of 2000 U / mg protein is prepared. These solutions are mixed and diluted with water, rosemary extract and glycerol to final concentrations of 0.5% and 0.5%. However, the final concentration of the extract in the sol is diluted to 1000 ppm, and glycerol to 25% based on the dry weight of the polymers.

Zol taki naniesiony na mięso, które przechowywano chłodniczo 4 tygodnie, charakteryzuje się redukcją drobnoustrojów o 0,2 rzędu logarytmicznego na 1 g mięsa. Powłoka taka o wymiarach 15 mm długości, 7 mm szerokości i grubości 0,05 mm cechuje się wytrzymałością na rozciąganie na poziomie 3,1 MPa.Such sol applied to meat that has been refrigerated for 4 weeks is characterized by a reduction of microorganisms by 0.2 logarithmic per 1 g of meat. Such a coating, 15 mm long, 7 mm wide and 0.05 mm thick, has a tensile strength of 3.1 MPa.

P r z y k ł a d 5. Przygotowuje się wodny roztwór hydroksypropylometylocelulozy roztwór chitozanu w kwasie mlekowym, które miesza się w odpowiednich proporcjach z trasglutaminazą i nanokolidem srebra i dopełnia wodą tak, aby w końcowym biokompozycie były następujące stężenia wymienionych komponentów: 0,5% hydroksypropylometylocelulozy, 2% chitozanu, 1% kwasu mlekowego, 3000 ppm transglutaminazy, 2 ppm nanokoloidu srebra oraz 25% glicerolu w odniesieniu do sumy suchej masy wszystkich polimerów.Example 5. An aqueous solution of hydroxypropyl methylcellulose, a solution of chitosan in lactic acid, is prepared, mixed in appropriate proportions with trasglutaminase and silver nanocollide and filled with water so that the final biocomposite contains the following concentrations of the components mentioned: 0.5% hydroxypropyl methylcellulose, 2 % chitosan, 1% lactic acid, 3000 ppm transglutaminase, 2 ppm silver nanocolloid and 25% glycerol based on the sum of the dry weight of all polymers.

Biokompozyt ten całkowicie hamuje rozwój takich bakterii jak: Bacillus cereus, Micrococcus fluorescens, Escherichia coli, Pseudomonas fluorescens, a także grzybów Candida famata oraz Aspergillus niger w 77%.This biocomposite completely inhibits the growth of such bacteria as: Bacillus cereus, Micrococcus fluorescens, Escherichia coli, Pseudomonas fluorescens, as well as Candida famata and Aspergillus niger fungi by 77%.

PL 212 125 B1PL 212 125 B1

P r z y k ł a d 6. Przygotowuje się roztwór hydroksypropylometylocelulozy o stężeniu wyjściowym 5%, rozcieńcza się go wodą destylowaną i pozostałymi komponentami do stężenia 0,5%. Pozostałe komponenty układu dodane są w takich ilościach i stężeniach, aby w finalnie stanowiły lizozym - 0,5%, kwas askorbinowy 0,05% oraz 25% glicerolu w stosunku do suchej masy biopolimerów.Example 6. A solution of hydroxypropylmethylcellulose with a starting concentration of 5% is prepared, diluted with distilled water and the remaining components to a concentration of 0.5%. The remaining components of the system are added in such amounts and concentrations that in the end they constitute lysozyme - 0.5%, ascorbic acid 0.05% and 25% glycerol based on the dry weight of biopolymers.

Biokompozyt o takim składzie hamuje rozwój Aspergillus niger w 86% oraz posiada zdolność wymiataniaA biocomposite with such composition inhibits the growth of Aspergillus niger in 86% and has the ability to sweep away

Claims (9)

1. Biopolimerowy biokompozyt o aktywności przeciwdrobnoustrojowej, zawierający biopolimerowe biokomponenty, plastyfikator, substancje białkowe oraz nanocząsteczkową niejonową formę srebra koloidalnego, znamienny tym, że składa się z hydroksypropylometylocelulozy w ilości od 0,1 do 50% wagowych, plastyfikatora w ilości od 0,025 do 20% wagowych, substancji białkowych w ilości od 0,01 do 20% wagowych oraz nanocząsteczkowej niejonowej formy srebra koloidalnego w ilości od 1 do 50 ppm a pozostałość stanowi roztwór wodny w ilości zmiennej i zależnej od stopnia immobilizowania wody i/lub odwodnienia biokompozytu, będących odpowiednio skutkiem jej immobilizacji w sieci przestrzennej, którą tworzą w zolu lub żelu użyte biopolimery i/lub stopnia wysuszenia ustrukturowanej formy biokompozytu, który to stopień warunkowany jest wilgotnością równowagową i czasem jej utrzymywania.1. Biopolymer biocomposite with antimicrobial activity, containing biopolymer biocomponents, plasticizer, protein substances and nanoparticle non-ionic form of colloidal silver, characterized in that it consists of hydroxypropyl methylcellulose in an amount from 0.1 to 50% by weight, a plasticizer in an amount from 0.025 to 20% by weight, protein substances in an amount from 0.01 to 20% by weight and a nanoparticle non-ionic form of colloidal silver in an amount from 1 to 50 ppm and the remainder is an aqueous solution in an amount that varies and depends on the degree of water immobilization and / or dehydration of the biocomposite, respectively its immobilization in the lattice formed in the sol or gel by the used biopolymers and / or the degree of drying of the structured form of the biocomposite, which degree is determined by the equilibrium humidity and the time of its maintenance. 2. Biokompozyt. według zastrz. 1, znamienny tym, że plastyfikatorem jest gliceryna.2. Biocomposite. according to p. The process of claim 1, wherein the plasticizer is glycerin. 3. Biokompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że substancją białkową jest lizozym i/lub cystatyna.3. The biocomposite according to claim The method of claim 1, characterized in that the protein substance is lysozyme and / or cystatin. 4. Biokompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że roztwór wodny zawiera nieuwodnione formy chitozanu i/lub jego sole, i/lub jego modyfikaty, i/lub jego hydrolizaty, i/lub jego oligomery lub formy te rozpuszczone w kwasie wybranym z grupy składającej się z kwasu mlekowego lub kwasu octowego, i/lub ich mieszanin, w ilości od 0,1 do 50% wagowych.4. The biocomposite according to claim A method according to claim 1, characterized in that the aqueous solution contains non-hydrated chitosan forms and / or its salts and / or its modifications and / or its hydrolysates and / or its oligomers or these forms dissolved in an acid selected from the group consisting of lactic acid or acetic acid and / or mixtures thereof in an amount from 0.1 to 50% by weight. 5. Biokompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że wodny roztwór zawiera bakteriocyny pochodzenia drobnoustrojowego w ilości od 1 do 1000 ppm.5. The biocomposite according to claim 1 A process as claimed in claim 1, characterized in that the aqueous solution contains bacteriocins of microbial origin in an amount from 1 to 1000 ppm. 6. Biokompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że wodny roztwór zawiera biologicznie aktywne substancje z grupy fitoncydów, oleorezyn, ekstraktów, izolatów pochodzenia roślinnego, w ilości od 1 ppm do 5000 ppm.6. A biocomposite according to claim A method according to claim 1, characterized in that the aqueous solution contains biologically active substances from the group of phytoncides, oleoresins, extracts, isolates of plant origin, in an amount from 1 ppm to 5000 ppm. 7. Biokompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że wodny roztwór zawiera substancje sieciujące, barwniki, środki zapachowe, w tym preparaty dymu wędzarniczego i konserwanty chemiczne, w ilości od 1 ppm do 5000 ppm.7. The biocomposite according to claim The process of claim 1, wherein the aqueous solution contains cross-linkers, dyes, flavors, including smoke preparations and chemical preservatives, in an amount from 1 ppm to 5000 ppm. 8. Biokompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że wodny roztwór zawiera kwasy organiczne w ilości od 1 do 20% wagowych.8. A biocomposite according to claim The process of claim 1, wherein the aqueous solution contains organic acids in an amount of from 1 to 20% by weight. 9. Biokompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że wodny roztwór zawiera substancje o właściwościach redukcyjnych i przeciwutleniających.9. The biocomposite according to claim 1 A process as claimed in claim 1, characterized in that the aqueous solution contains substances with reducing and antioxidant properties.
PL393258A 2010-12-13 2010-12-13 Biopolymer biocomposite of antimicrobial activity PL212125B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL393258A PL212125B1 (en) 2010-12-13 2010-12-13 Biopolymer biocomposite of antimicrobial activity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL393258A PL212125B1 (en) 2010-12-13 2010-12-13 Biopolymer biocomposite of antimicrobial activity

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL393258A1 PL393258A1 (en) 2011-04-26
PL212125B1 true PL212125B1 (en) 2012-08-31

Family

ID=44060632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL393258A PL212125B1 (en) 2010-12-13 2010-12-13 Biopolymer biocomposite of antimicrobial activity

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL212125B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL393258A1 (en) 2011-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Emerging chitosan-based films for food packaging applications
Salgado et al. Edible films and coatings containing bioactives
Xing et al. Chitosan‐based coating with antimicrobial agents: Preparation, property, mechanism, and application effectiveness on fruits and vegetables
Campos et al. Development of edible films and coatings with antimicrobial activity
Khezerlou et al. Plant gums as the functional compounds for edible films and coatings in the food industry: A review
MITELUȚ et al. Sustainable alternative for food packaging: chitosan biopolymer-a review
Xie et al. Edible films/coatings containing bioactive ingredients with micro/nano encapsulation: A comprehensive review of their fabrications, formulas, multifunctionality and applications in food packaging
Oliveira et al. Sustainability in bio-based edible films, coatings, and packaging for small fruits
Wu et al. Influence of factors on release of antimicrobials from antimicrobial packaging materials
Peltzer et al. Use of edible films and coatings for functional foods developments: A review
Kapetanakou et al. Application of edible films and coatings on food
da Silva et al. Food applications of chitosan and its derivatives
López-Díaz et al. Mucilage-based films for food applications
Badawy et al. Current applications in food preservation based on marine biopolymers
Mostafavi et al. Polymer coatings for food applications
Ayoub et al. Novel Edible Bionanocomposites Films Based on Lemon Grass Nanoemulsion and ZnO-NPs for Extending the Shelf Life of Chilled Chicken Meat
Alam et al. Polysaccharides and proteins based edible coatings for food protection: classification, properties, & public demands (2020–2024)
Barbosa et al. Edible active coating systems for food purposes
Coma et al. Potential of chitosans in the development of edible food packaging
Dobrucka Antimicrobial packaging with natural compunds-a review
Ghosh et al. Edible food packaging: targeted biomaterials and synthesis strategies
Yerlikaya et al. Applications of edible films and coatings in aquatic foods
PL212125B1 (en) Biopolymer biocomposite of antimicrobial activity
Premjit et al. Antimicrobial agents in films and coatings
Serrano et al. Advances in edible coatings

Legal Events

Date Code Title Description
LICE Declarations of willingness to grant licence

Effective date: 20120328