Синтеза, карактеризација, оптимизација својстава и примена јестивог, активног амбалажног материјала на бази скроба

Abstract

Предмет докторске дисертације је развој јестивих, биоразградивих, активних филмова на бази скроба са додатком есенцијалних уља зачинског биља и њихова примена за паковање одабраног прехрамбеног производа. Глобални допринос овог рада иде у прилог развоју области биоразградивих, јестивих, активних амбалажних материјала. Основно истраживање се базира на испитивању могућности добијања скробних филмова влажним поступком ("casting" метода), модификацији врста и количина додатих компонената које улазе у састав филмогене смеше и карактеризацији добијених филмова ради побољшања особина формираног филма. Својства значајна за примену добијених материјала су физичко-хемијске особине (садржај влаге, способност бубрења), механичке особине (дебљина, затезна јачина и издужење при кидању), баријерне особине (пропустљивост водене паре), структурне (АТР-ФТИР спектрометрија и дифракција X зрака), термалне, оптичке и биолошке особине (антимикробна и антиоксидативна активност). Обзиром на велики број параметара који утичу на формирање филма, као и на особине формираних филмова, испитано је међусобно деловање више фактора на могућност продукције и особине добијеног филма. Избор и оптимизација процесних параметара и моделовање продукције филмова изведено је имплементирањем компјутерске и аналитичке методологије. На основу приказаних резултата, може се закључити да је синтетисан активан јестиви скробни филм оптимизованих физичко-хемијских, механичких, баријерних, термалних и биолошких карактеристика. Синтетисаном скробном филму смањена је способност бубрења, унапредјене су механичке особине (вредности затезних јачина опадају, уз истовремено повећање вредности издужења при кидању). Значајан је утицај додатка есенцијалних уља на вредности пропустљивости водене паре, а њиховим додатком постигнута је и изражена биолошка активност. На основу детаљне карактеризације, одабрани су филмови оптимизованих својстава за примену у заштити осмотски дехидрираног свињског меса током периода складиштења. Осмотски дехидрирано месо је упаковано у комерцијалан високо-баријеран амбалажни материјал у атмосферским условима и у условима модификоване атмосфере, док је други део узорака претходно заштићен скробним премазом са оптимизованим особинама, а затим упакован на исти начин. Утицај оптимизоване скробне превлаке на осмотски дехидрирано месо испитан је праћењем промена параметара квалитета током складиштења. Резултати су показали да јестиви, активни скробни премаз значајно доприноси стабилности упакованог осмотски дехидрираног меса и то у погледу оксидације липида, микробиолошке стабилности и позитивног утицаја на сензорне карактеристике осмотски дехидрираног меса током периода складиштења.

Predmet doktorske disertacije je razvoj jestivih, biorazgradivih, aktivnih filmova na bazi skroba sa dodatkom esencijalnih ulja začinskog bilja i njihova primena za pakovanje odabranog prehrambenog proizvoda. Globalni doprinos ovog rada ide u prilog razvoju oblasti biorazgradivih, jestivih, aktivnih ambalažnih materijala. Osnovno istraživanje se bazira na ispitivanju mogućnosti dobijanja skrobnih filmova vlažnim postupkom ("casting" metoda), modifikaciji vrsta i količina dodatih komponenata koje ulaze u sastav filmogene smeše i karakterizaciji dobijenih filmova radi poboljšanja osobina formiranog filma. Svojstva značajna za primenu dobijenih materijala su fizičko-hemijske osobine (sadržaj vlage, sposobnost bubrenja), mehaničke osobine (debljina, zatezna jačina i izduženje pri kidanju), barijerne osobine (propustljivost vodene pare), strukturne (ATR-FTIR spektrometrija i difrakcija X zraka), termalne, optičke i biološke osobine (antimikrobna i antioksidativna aktivnost). Obzirom na veliki broj parametara koji utiču na formiranje filma, kao i na osobine formiranih filmova, ispitano je međusobno delovanje više faktora na mogućnost produkcije i osobine dobijenog filma. Izbor i optimizacija procesnih parametara i modelovanje produkcije filmova izvedeno je implementiranjem kompjuterske i analitičke metodologije. Na osnovu prikazanih rezultata, može se zaključiti da je sintetisan aktivan jestivi skrobni film optimizovanih fizičko-hemijskih, mehaničkih, barijernih, termalnih i bioloških karakteristika. Sintetisanom skrobnom filmu smanjena je sposobnost bubrenja, unapredjene su mehaničke osobine (vrednosti zateznih jačina opadaju, uz istovremeno povećanje vrednosti izduženja pri kidanju). Značajan je uticaj dodatka esencijalnih ulja na vrednosti propustljivosti vodene pare, a njihovim dodatkom postignuta je i izražena biološka aktivnost. Na osnovu detaljne karakterizacije, odabrani su filmovi optimizovanih svojstava za primenu u zaštiti osmotski dehidriranog svinjskog mesa tokom perioda skladištenja. Osmotski dehidrirano meso je upakovano u komercijalan visoko-barijeran ambalažni materijal u atmosferskim uslovima i u uslovima modifikovane atmosfere, dok je drugi deo uzoraka prethodno zaštićen skrobnim premazom sa optimizovanim osobinama, a zatim upakovan na isti način. Uticaj optimizovane skrobne prevlake na osmotski dehidrirano meso ispitan je praćenjem promena parametara kvaliteta tokom skladištenja. Rezultati su pokazali da jestivi, aktivni skrobni premaz značajno doprinosi stabilnosti upakovanog osmotski dehidriranog mesa i to u pogledu oksidacije lipida, mikrobiološke stabilnosti i pozitivnog uticaja na senzorne karakteristike osmotski dehidriranog mesa tokom perioda skladištenja.

The subject of the doctoral thesis is the development of edible biodegradable active films based on starch with the addition of herbal essential oils and their application in packaging of selected food products. Basic research is examination of the possibility of obtaining starch films by wet method ("casting" method), modification of the types and amounts of added components that constitute the film forming mixture and characterization of films in order to improve the characteristics. Characteristics important for the implementation of the obtained materials include the physico-chemical properties (moisture content, solubility), mechanical properties (thickness, tensile strength and elongation at break), barrier properties (water vapor permeability), structural (ATRFTIR spectroscopy and X ray diffraction), thermal, optical and biological properties (antimicrobial and antioxidant activity). Considering the large number of parameters that affect the film formation, as well as the properties of the films, interactions of multiple factors on the possibility of production and properties of the produced film were examined. Selection and optimization of process parameters and modeling of film production were performed by implementing computer and analytical methodology. Based on these results, it can be concluded that it were synthesized active edible starch films with optimized physico-chemical, mechanical, barrier, thermal and biological characteristics. Synthesized starch film had reduced solubility, improved mechanical properties (tensile strength values declined, while elongation at break increased). There is a significant influence of the addition of essential oils on the water vapor permeability value with expressed biological activity. The global contribution of this investigation favors the development of the biodegradable edible active packaging materials scientific field. Based on the detailed characterization, film with optimized characteristics was selected for protection of osmotically dehydrated pork during storage. Osmotically dehydrated meat is wrapped in commercial high-barrier packaging material in atmospheric conditions and in conditions of modified atmosphere, while the second part of the sample is packaged in the same way, but previously protected with optimized starch edible coating. Influence of optimized starch coating on the osmotic dehydrated meat was examined by monitoring the quality change during storage in order to preserve the quality and shelf life of packed meat. The results showed that an edible starch based active coating contributes significantly to the stability of the packaged osmotically dehydrated meat during the storage period in terms of lipid oxidation, microbiological stability and positive influence on the sensory characteristics of the osmotically dehydrated meat during the storage period.