Получение и исследование структурно-механических свойств биоразлагаемых пленок на основе желатина

Получены биоразлагаемые плёнки на основе желатина в присутствии добавок карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), предназначенные для использования в качестве упаковок пищевых продуктов и носителей лекарственных веществ. Методами сканирующей электронной микроскопии и измерения шероховатости пленок установлено, что наибольшую шероховатость имеют пленки, полученные из смеси КМЦ-желатин. Показано, что введение КМЦ в состав пленок желатина приводит к резкому уменьшению прочности и модуля упругости пленок, однако деформация имеет максимальное значение при массовом соотношении КМЦ / желатин, равном 0,7. Это обусловлено образованием биокомпозитов за счет Н-связей и электростатических взаимодействий между функциональными группами белков желатина и макромолекул полисахарида, стабилизированных гидрофобными взаимодействиями между их неполярными участками. Изучены барьерные свойства пленок на основе КМЦ и желатина. Показано, что наибольшую воздухопроницаемость и наименьшую водоупорность имеют пленки на основе КМЦ, что связано с текстурированностью материала пленок. На основе данных ИК-спектроскопии установлено, что наиболее устойчивыми являются пленки, полученные из смеси КМЦ и желатина. Для регулирования деформации пленок использован глицерин.

1. Brito T.B., Carrajola J.F., Gonçalves E.C.B.A., Martelli-Tosi M., Ferreira M.S.L. Fruit and vegetable residues flours with different granulometry range as raw material for pectin-enriched biodegradable film preparation // Food Res Int. – 2019. - №121. – pp. 412–421. doi: https:/0/doi.org/10.1016/j.foodres.2019.03.058

2. Avérous L., Pollet E. Environmental silicate nano-biocomposites: Green energy technology // Springer London Ltd. - London: 2012. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4471-4108-2

3. Malathi A.N., Santhosh K.S., Udaykumar N. Recent trends of biodegradable polymer: Biodegradable films for food packaging and application of nanotechnology in biodegradable food packaging // AIMS Mol Sci. – 2016. - №3. – РР. 73-79. doi: https://doi.org/10.1021/acs.jafc.7b0452800

4. Flieger M., Kantorová M., Prell A., Øezanka T., Votruba J. Biodegradable plastics from renewable sources // Folia Microbiol. – 2003. - №48. – РР. 27–44. doi: https://doi.org/10.1007/BF02931273

5. Tripathi A., Srivastava S., Yadav A. Biopolymers: Potential biodegradable packaging material for food industry // Polym Packag Appl. – 2014. – РР. 153–172.

6. Nur Hanani Z. A, Roos Y. H., Kerry J. P. Use and application of gelatin as potential biodegradable packaging materials for food products // International Journal of Biological Macromolecules. – 2014. - №71. – РР. 94–102. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2014.04.027

7. Luzio G.A. Determination of galacturonic acid content of pectin using a microtiter plate assay // Proc. Fla. State Hort. Soc. – 2004. – V. 117. – РР. 416-421.

8. Parker R., Ring S.G. Aspects of the Physical Chemistry of Starch // Journal of Cereal Science. – 2001. – V. 34. – РР. 1-17.

9. Петропавловский Г.А. Гидрофильные частично замещенные эфиры целлюлозы и их модификация путем химического сшивания. – Л.: Наука, 1988. – 298 с.

10. Юнусов Х.Э., Сарымсаков А.А., Рашидова С.Ш. Структура и свойства биоразлагаемых пленок карбоксиметилцеллюлозы, содержащих наночастицы серебра // Высокомолекулярные соединения. Серия А. – 2014. – Т. 56. - № 3. – С. 276–281.

11. Савченко Л.Н., Маринина Т.Ф., Лукашук С.П. Современные подходы к лечению и профилактике заболеваний пародонта // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2012. – Т.14. - № 5 (3). – С. 758-760.

12. Аль Насир Эйяд, Свиргун И.С., Лисянская А.П., Гладышева С.А. Изучение структурномеханических свойств пленочных масс с вазопрессином // Polish journal of science. – 2020. – V. 25. – РР.62-65.

13. Douglas de Britto, Jackeline S. de Rizzo, Odilio B. G. Effect of carboxymethyl cellulose and plasticizer concentration on wetting andmechanical properties of cashew tree gum–based films // Assis International Journal of Polymer Anal. Charact. – 2012. – V. 17. - Iss. 4. – РР. 302–311.

14. Joydip Kundu, Riti Mohapatra, Kundu S. C. Silk Fibroin/Sodium Carboxymethylcellulose Blended Films for Biotechnological Applications // Journal of Biomaterials Science. - 2011. – V. 22. - Iss. 4(6). – РР. 519–539.

15. Дышлюк Л.С., Просеков А.Ю. Исследование кинетики биоразложения, деформационнопрочностных и экотоксикологических свойств, газопроницаемости и водопоглощения антимикробных упаковочных биоразлагаемых пленок на основе природных полисахаридов//Вестник ВГУ, Серия: Химия. Биология. Фармация. – 2019. – Т. 2. – С. 40-47.

16. Патент 2570905 Российская Федерация, МПК C08L23/06, C08L3/02, C08L101/16, C08K5/053. Способ получения биодеградируемой термопластичной композиции / Дышлюк Л.С., Белова Д.Д., Бабич О.О., Просеков А.Ю., Карчин К.В., Асякина Л.К.; патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Биотек». – № 2014126140/04; заявл. 26.06.2014; опубл. 20.12.2015.

17. Abdelhedi O., Salem A., Nasri R., Nasri M., Jridi M. Food applications of bioactive marine gelatin films // Curr. Opin. Food Sci. – 2021. – №43. – pp. 206–215.

18. Roy S., Rhim J.W. Fabrication of carboxymethyl cellulose/agar-based functional films hybridized with alizarin and grapefruit seed extract // ACS Appl. Bio Mater. – 2021. - №4. – РР. 4470–4478.

19. Morrison N.A., Clark R.C., Chen Y.L., Talashek T., Sworn G. Gelatin alternatives for the food industry // Progr Colloid Polym Sci. – 1999. - №114. – РР. 127–131.

20. Mariod A.A., Adam H.F. Review: gelatin, source, extraction and industrial applications // Acta Sci Pol Technol Aliment. – 2013. - №12 (2). – РР. 135–147.

21. Ramos M., Valdés A., Beltrán A., Garrigós M. C. Gelatin-Based Films and Coatings for Food Packaging Applications // Coatings. – 2016. - №6(4). – Р. 41. doi: https://doi.org/10.3390/coatings6040041

22. Said N. S., Sarbon N. M. Response Surface Methodology (RSM) of Chicken Skin Gelatin Based Composite Films with Rice Starch and Curcumin Incorporation. // Polym. Test. – 2020. - №81. – РР. 106161. doi: https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2019.106161

23. Gulati I., Park J., Maken S., Lee M.G. Production of Carboxymethyl cellulose fibers from waste lignocellulosic sawdust using NaOH/NaClO2 pretreatment // Fibers Polym. – 2014. - №15. – РР. 680–686.

24. Kumar H., Gaur A., Kumar S., Park J.W. Development of silver nanoparticles-loaded CMC hydrogel using bamboo as a raw material for special medical applications. Chem Pap, 2018.

25. Joshi G., Naithani S., Varshney V.K., Bisht S.S., Rana V., Gupta P.K. Synthesis and characterization of carboxymethyl cellulose from office waste paper: A greener approach towards waste management // Waste Manage. – 2014. - №38. – РР. 33–40.

26. Mohkami M., Talaeipour M. Investigation of the chemical structure of carboxylated and carboxymethylated fibers from waste paper via XRD and FTIR analysis // Bio Resources. – 2011. - №6. – РР.1988–2003.

27. Togrul H., Arslan N. Production of carboxymethyl cellulose from sugar beet pulp cellulose and rheological behavior of carboxymethyl cellulose // Carbohydr Polym. – 2003. - №54. – РР.73–82.

28. Almasi H., Ghanbarzadeh B., Entezami A.A. Physicochemical properties of Starch CMC-nonclay biodegradable films // Int J Biol Macromol. – 2010. - №46. – РР. 1–5.

29. Каширина Е.И. Разработка системы гипоаллергенной упаковки белков в полимерный матрикс: дис. канд. хим. наук: 03.01.06. Москва. 2017. 149 с.

30. Lu D. R., Xiao C. M., Xu S. Starch-based completely biodegradable polymer materials // Polymer Letters. – 2009. – V. 3. - №6. – РР. 366–375.

31. Mu C., Guo J., Li X., Lin W. and Li D. Preparation and Properties of dialdehyde carboxymethyl cellulose crosslinked gelatine edible films // Food Hydrocolloids. – 2012. – vol. 27. - №1. – РР. 22–29. doi: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2011.09.005

32. Briassoulis D., Innocenti F.D. Standards for soil biodegradable plastics. In: Malinconico M., editor. Soil Degradable Bioplastics for a Sustainable Modern Agriculture. Springer; Cham, Switzerland: 2017. РР. 139–168.

33. Emadian S.M., Onay T.T., Demirel B. Bio-degradation of bioplastics in natural environments // Waste Manag. – 2017. – №59. – РР. 526–536. doi: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.10.006

34. Agarwal S. Biodegradable polymers: Present opportunities and challenges in providing a micro-plastic-free environment // Macromol. Chem. Phys. – 2020. – №221. – Р. 2000017. doi: https://doi.org/10.1002/macp.202000017

35. Duan Z., Thomas N.L. Water Vapour Permeability of Poly(Lactic Acid): Crystallinity and the Tortuous Path Model. // J. Appl. Phys. – 2014. - №115. – Р. 64903.