Исследования влияния zinc pyrithione на активные свойства пленочных экоматериалов

На сегодняшний день проблема пролонгирования сроков хранения пищевых систем заключается в том, что каждый продукт имеет собственный предельный срок хранения, при превышении которого начинаются нежелательные биохимические, микробиологические и химические процессы. Стоит отметить, что на срок хранения оказывают влияние такие факторы, как температура, влажность, световой режим и товарное соседство, условия транспортирования. Для решения данной проблемы используются различные методы: физическая обработка, химическая обработка, пакование в газомодифицированной среде. Также одним из инновационных решений, которое позволит пролонгировать срок хране- ния пищевых систем и тем самым повысить продовольственную безопасность, является разработка активной упаковки с биоразлагаемой способностью. Активная упаковка – это упаковка, в органическую матрицу которой встроен активный компонент, обладающий как антимикробными свойствами, так и фунгицидной активностью.

Ученые во всем мире разрабатывают и тестируют активные упаковки для пролонгирования сроков хранения пищевых систем, полученные на основе крахмала с добавлением активных компонентов, таких как оксид цинка, диоксид титана и т. д. Одним из возможных ингредиентов, имеющих похожие активные свойства, является цинк пиритион (ZnP). ZnP – это комплексное соединение, со- держащее цинк. Бесцветное твёрдое вещество, применяемое в качестве фунгицида и антибактериального средства. Молярная масса ZnP составляет 317,7 г/моль. Лиганды пири-тиона, которые формально являются моноанионами, образуют внутрикомплексное соединение с атомом цинка, в котором Zn2+ связан с атомами кислорода и серы. В кристаллическом состоянии пиритион цинка существует в виде центросимметричных димеров, соединённых связями Zn-O (таким образом, в димере атом цинка связан с двумя атомами серы и тремя атомами кислорода). В растворе димер диссоциирует из-за разрыва одной связи Zn-O [2, 4, 5, 7].

Целью данного исследования является изучение влияния встраивания цинка пири-тиона при разных концентрациях внесения от 0,1 до 0,5 % на активные свойства будущей органической упаковки на основе рисового крахмала.

Объекты и методы исследования

Объектами исследования являлись образцы активных пленок на основе цинка пири-тиона с разной дозировкой внесения от 0,1 до 0,5 %. В качестве основного сырья использовали рисовый крахмал, поливиниловый спирт. В качестве активного компонента – порошок цинка пиритиона (ZnP). В качестве пластификатора матрицы использовался глицерин. Вода дистиллированная использовалась в качестве растворителя.

Встраивание активного компонента при разной дозировке внесения осуществляли путем поэтапного смешивания ингредиентов при помощи магнитной мешалки с подогревом при температуре 80 °С и скорости смешивания 1500 об/мин в течение 15 минут до получения однородной гомогенной суспензии. Далее полученный композитный раствор подвергали тепловой обработке на водяной бане в течение 10 минут при температуре 95 °С. Затем остужали до комнатной температуры и осуществляли процесс формования в силиконовых формах. Далее образцы высушивали в вакуумном сушильном шкафу до образования пленочной структуры. В рамках исследования были получены следующие образцы активных пленок: контроль (без внесения ZnP), образец 1 (ZnP 0,1 %), образец 2 (ZnP 0,2 %), образец 3 (ZnP 0,3 %), образец 4 (ZnP 0,4 %), образец 5 (ZnP 0,5 %).

Для достижения цели были определены следующие показатели качества.

Определение антиоксидантной активности. Антиоксидантную активность определяли спектрофотометрически при 515 нм путем определения поглощающей способности свободного радикала 1,1-дифенил-2-пикрилгид-разила (DPPH) [1].

Определение фунгицидной активности. Оценку фунгицидной активности образцов активных пленок с внесенным активным ингредиентом при разной концентрации оценивали при помощи двух методов: диффузии в агар (метод «колодцев»), а также дискодиффузионного метода определения чувствительности (метод дисков). В рамках эксперимента использовался штамм плесневых грибов вида Aspergillus flavus . Исследование проводили в соответствии с методическими указаниями МУК 4.2.1890-04 [3].

Результаты и их обсуждение

На первом этапе исследования для достижения поставленной цели были приготовлены шесть образцов активных пленок: контроль (без внесения ZnP) и пять образцов с концентрацией внесения ZnP от 0,1 до 0,5 %. Все образцы пленок имели однородную структуру, частицы ZnP были встроены равномерно в крахмальную матрицу. Пленки обладали повышенной эластичностью и прочностью. Для определения активных свойств пленочного материала в первую очередь оценивалась антиоксидантная активность материала с помощью анализа на удаление радикалов с помощью DPPH. Антиоксиданты – это химические вещества, которые нейтрализуют АФК, образующиеся в результате биологических процессов. Результаты определения антиоксидантной активности образцов активных пленок представлены в табл. 1 [3, 5, 6].

Таблица 1

Результаты определения антиоксидантной активности образцов активных пленок при разной концентрации вносимого цинка пиритиона

Представленные результаты исследования демонстрируют увеличение антиоксидантной активности при повышении концентрации цинка пиритиона от 0,1 до 0,5 % в крахмальной матрице активной пленки. Максимальная антиоксидантная активность наблюдается у образца 5 при внесении ZnP в количестве 0,5 %. Таким образом, активная упаковка с высокой антиоксидантной активностью позволяет уменьшить окислительные процессы и снизить или предотвратить развитие микроорганизмов [3, 9].

На заключительном этапе исследования проводилась оценка фунгицидной активности образцов активных пленок с внесенным цинком пиритиона при разных концентрациях при помощи методов диффузии в агар (метод «колодцев»), а также диско-диффузионного метода определения чувствительности (метод дисков) (см. рисунок). В рамках эксперимента использовался штамм плесневых грибов вида Aspergillus flavus . Показатели зон задержки роста плесневелых грибов вокруг активных пленок представлены в табл. 2.

Полученные результаты исследования, представленные выше, демонстрируют чувствительность активных пленок к гетеротал-личным грибам-аскомицетам вида Aspergillus flavus при увеличении концентрации цинка пиритиона (ZnP) от 0,1 до 0,5 %. При использовании метода диффузии в агар (метод «колодцев») зона задержки роста была выявлена у образца 5 и составила (15,22 ± 0,2) мм, в то время как у остальных образцов было выявлено полное отсутствие зоны задержки роста. Далее оценивалась фунгицидная активность образцов активных пленок при помощи диско-диффузионного метода определения чувствительности (метод дисков), при котором максимальный эффект зоны задержки роста был выявлен у образца 5 (с добавлением 0,5 % цинка пиритиона в крахмальную матрицу) и составил (22,33 ± 0,5) мм. Фунгицидная активность цинка пиритиона предположительно обусловлена влиянием на разрушение транспортировочной способности мембраны путём блокирования протонного насоса, который подаёт энергию на транспортный механизм. Полученные результаты подтверждают возможность использования цинка пиритиона при разных концентрациях в качестве добавки для получения активной упаковки [7, 8, 10].

Таблица 2

Показатели зон задержки роста плесневелых грибов Aspergillus flavus вокруг активных пленок в виде дисков с внесенным цинком пиритиона при разных концентрациях

Выводы по результатам работы

Таким образом, полученные результаты исследований позволяют говорить о положи-

Результаты оценки фунгицидной активности исследуемых образов активных пленок при разной концентрации вносимого цинка пиритиона в отношении плесневелых грибов Aspergillus flavus , диско-диффузионного метода определения чувствительности

тельном эффекте встраивания цинка пири-тиона при разных концентрациях внесения от 0,1 до 0,5 % в рисовую крахмальную пластифицированную матрицу с формированием активных свойств. Максимальная антиоксидантная и фунгицидная активность была выявлена у образца 5 при вносимой концентрации цинка пиритиона 0,5 %. Максимальная зона задержки роста плесневелых грибов Aspergillus flavus составила (22,33 ± 0,5) мм при антиоксидантной активности (65,59 ± ± 0,2) % (DPPH метод). Полученные данные будут полезны для проектирования и создания водорастворимых активных покрытий и упаковок для пролонгирования сроков хранения пищевых систем.