การเตรียมและพิสูจน์ลักษณะเฉพาะของฟิล์มอนุพันธ์ไคโตซานผสม พอลิไวนิลแอลกอฮอล์สำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
ในปัจจุบันการพัฒนาวัสดุพอลิเมอร์ชีวภาพที่ยั่งยืนในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์อาหารกำลังได้รับการวิจัยอย่างแพร่หลาย เนื่องจากปัญหาขยะพลาสติกจากปิโตรเลียมซึ่งไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ในการศึกษานี้ได้พัฒนาฟิล์มบรรจุภัณฑ์แอคทีฟชนิดย่อยสลายได้ทางชีวภาพจากพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) ที่ผสมอนุพันธ์ที่มีประจุบวกของไคโตซาน คือ เอ็น-2-ไฮดรอกซิล-3-ไตรเมทิลแอมโมเนียมโพรพิลไคโตซานคลอไรด์ (HTCC) วิเคราะห์โครงสร้างของฟิล์มด้วยเทคนิคฟูเรียร์ทรานฟอร์มอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี ศึกษาอิทธิพลของปริมาณ HTCC (10%, 20%, 30% และ 40% w/w) ต่อการดูดซึมน้ำ สมบัติเชิงกล การย่อยสลายทางชีวภาพ และพฤติกรรมต้านจุลชีพต่อแบคทีเรียแกรมลบ (Escherichia coli) และแกรมบวก (Staphylococcus aureus) ของฟิล์ม PVA/HTCC ผลการวิจัย พบว่า การดูดซึมน้ำของฟิล์มเพิ่มขึ้นตามปริมาณ HTCC ที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้การเพิ่มปริมาณ HTCC ส่งผลให้ฟิล์มมีค่าความต้านทานแรงดึงลดลง ในขณะที่ค่าการยืดตัว ณ จุดขาดเพิ่มขึ้น ในส่วนของกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ พบว่า การเพิ่มปริมาณ HTCC มีแนวโน้มที่จะลดความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพของฟิล์ม ผลการต้านจุลชีพ พบว่า ฟิล์ม PVA บริสุทธิ์ไม่แสดงฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรีย ในขณะที่ฟิล์ม PVA/HTCC มีฤทธิ์ต้านเชื้อ Escherichia coli และ Staphylococcus aureus ที่ดีเยี่ยม โดยเฉพาะฟิล์มที่มีปริมาณ HTCC 40% (w/w) จากผลการทดลองทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นว่า ฟิล์ม PVA/HTCC มีสมบัติเชิงกลที่ดี สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และมีฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรีย ดังนั้นการใช้งานในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์อาหารจึงมีแนวโน้มที่ดี
Article Details
References
Abdullah, Cai, J., Hafeez, M. A., Wang, Q., Farooq, S., Huang, Q., Tian, W. and Xiao, J., 2022, Biopolymer-based functional films for packaging applications: A review, Front Nutr. 9: 1-20.
Gupta, V., Biswas, D. and & Roy, S., 2022, A comprehensive review of biodegradable polymer-based films and coatings and their food packaging applications, Materials (Basel). 15(17): 1-38.
Ahmed, M. W., Haque, M. A., Mohibbullah, M., Khan, M. S. I., Islam, M. A., Mondal, M. H. T. and Ahmmed, R., 2022, A review on active packaging for quality and safety of foods: Current trends, applications, prospects and challenges, Food Packag. Shelf Life. 33: 1-12.
Oun, A. A., Shin, G. H., Rhim, J. W. and Kim, J. T., 2022, Recent advances in polyvinyl alcohol-based composite films and their applications in food packaging, Food Packag. Shelf Life. 34: 1-16.
Abedi-Firoozjah, R., Chabook, N., Rostami, O., Heydari, M., Kolahdouz-Nasiri, A., Javanmardi, F., Abdolmaleki, K. and Mousavi Khaneghah, A., 2023, PVA/ starch films: An updated review of their preparation, characterization, and diverse applications in the food industry, Polym Test. 118: 1-14.
Yin, W., Qiu, C., Ji, H., Li, X., Sang, S., McClements, D. J., Jiao, A., Wang, J. and Jin, Z., 2023, Recent advances in biomolecule- based films and coatings for active and smart food packaging applications, Food Biosci. 52: 1-12.
Shahbaz, U., Basharat, S., Javed, U., Bibi, A. and Yu, X. B., 2022, Chitosan: A multipurpose polymer in food industry, Polym. Bull. 80(4): 3547-3569.
Flórez, M., Guerra-Rodríguez, E., Cazón, P. and Vázquez, M., 2022, Chitosan for food packaging: Recent advances in active and intelligent films, Food Hydrocolloids. 124: 1-16.
Phromchan, W., Rugkong, A. and Chiarawipa, R., 2022, Effects of chitosan films and temperatures on shelf life of Kratom (Mitragyna speciosa (Korth.) Havil) leaves, Thai J. Sci. Technol. 30(5): 80-91. (in Thai)
Tepsorn, R. and Somsap, J., 2018, Morphology of edible nanofibers based chitosan-cellulose acetate-gelatin blend fortified with eugenol by electrospinning and electrospinning-spraying techniques, Thai J. Sci. Technol. 26(7): 1130-1140. (in Thai)
Phetphaisit, C. W. and Sangnak, P., 2018, Antimicrobial packaging made from cellulose, chitosan, and modified chitosan-silver complex, Thai J. Sci. Technol. 28(5): 759-773. (in Thai)
Freitas, E. D., Moura, C. F., Jr., Kerwald, J. and Beppu, M. M., 2020, An overview of current knowledge on the properties, synthesis and applications of quaternary chitosan derivatives, Polymers (Basel). 12(12): 1-41.
Qiu, Y. L., Li, Y., Zhang, G. L., Hao, H., Hou, H. M. and Bi, J., 2024, Quaternary-ammonium chitosan, a promising packaging material in the food industry, Carbohydr. Polym. 323: 1-4.
Wu, J. Y., Ooi, C. W., Song, C. P., Wang,
C. Y., Liu, B. L., Lin, G. Y., Chiu, C. Y. and Chang, Y. K., 2021, Antibacterial efficacy of quaternized chitosan/poly (vinyl alcohol) nanofiber membrane crosslinked with blocked diisocyanate, Carbohydr Polym. 262: 1-14.
Deng, H., Lin, P., Xin, S., Huang, R., Li, W., Du, Y., Zhou, X. and Yang, J., 2012,
Quaternized chitosan-layered silicate intercalated composites based nanofibrous mats and their antibacterial activity, Carbohydr Polym. 89(2): 307-313.
Hu, D. and Wang, L., 2016, Fabrication of antibacterial blend film from poly (vinyl alcohol) and quaternized chitosan for packaging, Mater. Res. Bull. 78: 46-52.
Kanatt, S. R. and Makwana, S. H., 2020, Development of active, water-resistant carboxymethyl cellulose-poly vinyl alcohol- Aloe vera packaging film, Carbohydr Polym. 227: 1-10.
Wu, H., Lei, Y., Lu, J., Zhu, R., Xiao, D., Jiao, C., Xia, R., Zhang, Z., Shen, G., Liu, L., Li, S. and Li, M., 2019, Effect of citric acid induced crosslinking on the structure and properties of potato starch/chitosan composite fi lms, Food Hydrocolloids. 97: -10.
Sahraee, S., Milani, J. M., Regenstein, J. M. and Kafil, H. S., 2019, Protection of foods against oxidative deterioration using edible films and coatings: A review, Food Biosci. 32: 1-8.
Graisuwan, W., Wiarachai, O., Ananthanawat, C., Puthong, S., Soogarun, S., Kiatkamjornwong, S. and Hoven, V. P., 2012, Multilayer film assembled from charged derivatives of chitosan: Physical characteristics and biological responses. J. Colloid Interface Sci. 376(1): 177-188.
Wiriyasoontorn, S. and Sriphalang, S., 2015, Preparation of cassava starch/poly(vinyl alcohol)/montmorillonite nanocomposites for coating controlled release fertilizer, KKU Sci. J. 43(3): 503-514. (in Thai)
Amri, M. R., Md Yasin, F., Abdullah, L. C., Al-Edrus, S. S. O. and Mohamad, S. F., 2021, Ternary nanocomposite system composing of graphene nanoplatelet, cellulose nanofiber and jatropha oil based waterborne polyurethane: Characterizations, mechanical, thermal properties and conductivity, Polymers (Basel). 13(21): 1-17.
Rudnik, E. and Briassoulis, D., 2011, Degradation behaviour of poly(lactic acid) films and fibres in soil under mediterranean field conditions and laboratorysimulations testing, Ind Crops Prod. 33(3): 648-658.
Guohua, Z., Ya, L., Cuilan, F., Min, Z., Caiqiong, Z. and Zongdao, C., 2006, Water resistance, mechanical properties and biodegradability of methylated-cornstarch/poly(vinyl alcohol) blend film, Polym. Degrad. Stab. 91(4): 703-711.
Yang, D., Liu, Q., Gao, Y., Wan, S., Meng, F., Weng, W. and Zhang, Y., 2023, Characterization of silver nanoparticles loaded chitosan/polyvinyl alcohol antibacterial films for food packaging, Food Hydrocolloids. 136: 1-9.
Noppakundilograt, S., Buranagul, P., Graisuwan, W., Koopipat, C. and Kiatkamjornwong, S., 2010, Modified chitosan pretreatment of polyester fabric for printing by ink jet ink, Carbohydr. Polym. 82(4): 1124-1135.
Wardhono, E. Y., Pinem, M. P., Susilo, S., Siom, B. J., Sudrajad, A., Pramono, A., Meliana, Y. and Guenin, E., 2022, Modification of physio-mechanical properties of chitosan-based films via physical treatment approach, Polymers (Basel). 14(23): 1-14.
Vineeth, S. K., Gadhave, R. V. and Gadekar, P. T., 2021, Polyvinyl alcohol-cellulose blend wood adhesive modified by citric acid and its effect on physical, thermal, mechanical and performance properties, Polym. Bull. 80: 8013-8030.
Balavairavan, B. and Saravanakumar, S. S., 2021, Characterization of ecofriendly poly (vinyl alcohol) and green banana peel filler (GBPF) reinforced bio-films, J Polym Environ. 29(9): 2756-2771.
Akhmetova, A., Myrzakhmetov, B., Wang, Y., Bakenov, Z. and Mentbayeva, A., 2022, Development of quaternized chitosan integrated with nanofibrous polyacrylonitrile mat as an anion-exchange membrane, ACS Omega. 7(49): 45371-45380.
Fan, L., Yang, J., Wu, H., Hu, Z., Yi, J., Tong, J. and Zhu, X., 2015, Preparation and characterization of quaternary ammonium chitosan hydrogel with significant antibacterial activity, Int. J. Biol. 79: 830-836.
Guo, S., Zhang, X., Ma, R., Ge, X., Shen, H., Liang, W., Zhang, G. and Li, W., 2023, Preparation and characterization of polyvinyl alcohol/glutaraldehyde cross-linked chitosan/ε-Polylysine degradable composite film and its antibacterial effect, J Food Eng. 359: 1-9.
Yu, Q., Song, Y., Shi, X., Xu, C. and Bin, Y., 2011, Preparation and properties of chitosan derivative/poly(vinyl alcohol) blend film crosslinked with glutaraldehyde, Carbohydr. Polym. 84(1): 465-470.
Aragón-Gutierrez, A., Arrieta, M. P., López-González, M., Fernández-García, M. and López, D., 2020, Hybrid biocomposites based on poly(lactic acid) and silica aerogel for food packaging applications, Materials. 13: 1-17.
Hiremani, V. D., Goudar, N., Khanapure, S., Gasti, T., Eelager, M. P., Narasagoudr, S. S., Masti, S. P. and Chougale, R. B., 2022, Physicochemical and antimicrobial properties of Phyllanthus reticulatus fruit extract doped chitosan/poly (vinyl alcohol) blend films for food packaging applications, J. Food Meas. 17(2): 1548-1561.
Dudeja, I., Mankoo, R. K., Singh, A. and Kaur, J., 2023, Development, characterisation and biodegradability of rice straw lignin based sustainable biopolymeric films, Int. J. Food Sci. 58(5): 2754-2763.
Amaregouda, Y., Kamanna, K., Gasti, T. and Kumbar, V., 2022, Enhanced functional properties of biodegradable polyvinyl alcohol/carboxymethyl cellulose (PVA/CMC) composite films reinforced with L-alanine surface modified CuO nanorods, J Polym Environ. 30(6): 2559-2578.
Chaisrikhwun, B., Rakkapao, N., Phatthiya, A., Pechwang, J. and Werapun, U., 2017, Anti-microbial activity and mechanisms of chitosan along with chitosan based derivatives and composites, SWU Sci. J.33(1): 297-315. (in Thai)
Li, C., Jiang, T., Zhou, C., Jiang, A., Lu, C., Yang, G., Nie, J., Wang, F., Yang, X. and Chen, Z., 2023, Injectable self-healing chitosan-based POSS-PEG hybrid hydrogel as wound dressing to promote diabetic wound healing, Carbohydr Polym. 299: 1-14.
Qiu, W., Wang, Q., Li, M., Li, N., Wang, X., Yu, J., Li, F. and Wu, D., 2021, Peptidoglycan-inspired peptide-modified injectable hydrogels with enhanced elimination capability of bacterial biofilm for chronic wound healing, Compos. B. Eng. 227: 1-14.