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国际创新研究期刊》的研究在科学、工程和技术

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合成一个活跃的抗菌包装材料基于Bio-Switch模型

Pushpa Agrawal1,Amrutha Anandaraman2,专门Ramaprasad2
  1. 教授和院长,打开生物技术和化学工程、随机变数工程学院,迈索尔,班加罗尔,印度
  2. ug的学生,生物技术、随机变数工程学院,迈索尔,班加罗尔,印度
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文摘

为了应对当前的消费需求和市场的动态变化趋势,活性包装的面积变得越来越重要。抗微生物活性包装材料可以通过合并和固定抗菌药物食品包装材料和应用bio-switch概念。lignocellulose-based电影被纳入合成抗菌药物,如溶菌酶和EDTA。甘蔗的甘蔗渣由曲霉tamarii消化,从蛋清溶菌酶部分纯化,优化抗菌药物浓度在铸造中包含抗菌木质纤维素的电影。0.15 - -0.2毫克/毫升的溶菌酶以及15毫米EDTA在0.2 v / v被纳入木质纤维素电影和抗菌效果的活性抗菌木质纤维素薄膜对大肠杆菌进行了测试。表面表征发达活跃的电影表示光滑和均匀地形通过原子力显微镜和他们显示增加疏水性结合了甘油作为增塑剂。抗拉强度测试表明增加抗拉强度的甘油和发达活跃的包装材料的抗拉强度与传统聚乙烯包装材料

关键字
活性包装、抗菌、Bio-switch,木质纤维素,甘蔗蔗渣

文献调查
传统食品包装材料提供基本保护和屏障功能,但对微加工的需求,轻松地准备和即食新鲜的食品,食品贸易的全球化,分布集中处理带来重大挑战,因为食品安全和质量。活性包装的定义和分类的额外功能添加到包装系统用于只有屏障和保护功能。包装是称为“活跃”当它执行一些所需的角色除了提供一个惰性外部环境障碍[1]。额外的功能包括氧清除,抗菌活性,水分清除,清除乙烯、乙醇排放等等。的研究侧重于抗菌食品包装行为减少,抑制或延缓生长的微生物可能出现在包装食品或包装材料本身[2]。包装领域仍主要由原料的聚合物,如聚乙烯、聚苯乙烯,尽管全球环境的担忧。[3]。木质纤维素是一种常见的天然纤维有可能被用作包装材料。纤维素、半纤维素和木质素组成∼总干物质的90%。木质纤维素还包含较小数量的矿物质,油,和其他组件[4]。 The potential use of incorporating lignocellulosic agricultural residues, such as soy stalk, corn stalk, wheat straw, sugarcane bagasse and perennial grasses, like switchgrass and miscanthus, as reinforcement into a biodegradable polymer matrices comprising a poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) and poly(butylenes-adipate-coterephthalate) blend has also been recently investigated [5].

介绍
抗菌包装材料必须扩展滞后期和减少微生物的增长速度延长货架寿命和维护食品安全[6]。溶菌酶是一种最常用的抗菌酶纳入包装材料[7]。这种酶显示抗菌活性主要对革兰氏阳性细菌分裂之间的债券N-acetylmuramic酸和N-acetylglucosamine细胞壁肽聚糖。当溶菌酶结合EDTA革兰氏阴性细菌外膜的稳定的代理和溶菌酶的抗菌谱增加显著[8]。
可生物降解的电影通常包括至少两个主要组件:高分子量成膜聚合物增塑剂[9]。增塑剂用于电影增加电影的灵活性和可加工性[10]。聚合物薄膜最常用的增塑剂甘油,乙二醇和其他羟基化合物[11]。在目前的研究中,甘油被选为作为增塑剂,甘油是生物柴油的副产品制造和小说会有残余甘油的利用包装材料的设计。抗菌膜的作用机理是基于bioswitch模型。在bioswitch系统中,一个抗菌剂是发布命令时微生物增长[12]。基本概念是环境的改变如pH值、紫外线或温度发生和抗菌剂会做出相应的反应。这个系统可以增加稳定性和特异性的保护和减少所需的化学物质的食物。许多细菌会消化多糖时成长,所以如果发生细菌污染,细菌会释放抗菌成分的增长,可能会抑制后续微生物生长。
本研究的主要目标是:
•微生物消化甘蔗蔗渣获得木质纤维素
•优化抗菌药物浓度的被纳入木质纤维素的电影
•积极抗菌木质纤维素的合成电影
•测试和表征合成活性抗菌木质纤维素的电影

材料和方法
根据实验要求,甘蔗蔗渣是来自甘蔗粉碎蔗汁中心(印度班加罗尔)。甘油,这是一个由生物柴油生产的产物,得到的生物柴油工厂R。V工程学院为了使用它作为增塑剂。真菌和细菌培养获得的微生物类型文化的收集和基因库(MTCC、昌迪加尔、印度)。曲霉属真菌的真菌菌株tamarii(商品目录号:8841)孤立于植物碎片(V。K Morya)下MTCC数据库。大肠杆菌的菌株(商品目录号:1622)被隔离(V.Kumar) MTCC数据库中。的抗菌试剂,即十二烷酸(W261408)和EDTA (E9884)购买的西格玛奥德里奇(印度班加罗尔)。从鸡蛋溶菌酶制备大集市上购买(印度班加罗尔)。马铃薯葡萄糖肉汤(目录编号:M403)和琼脂,1型(目录编号:RM666)获得HiMedia实验室(印度孟买)。
消化的甘蔗蔗渣曲霉菌tamarii
曲霉属真菌tamarii从MTCC采购。文献调查的基础上,建立了最优生长条件25ºC在马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)媒体中板块72 - 96小时。文化在固化接种媒体和盘子被孵化倒置的位置。甘蔗蔗渣碎成30 - 50毫米块,浸泡在沸水中煮10分钟,多余的水被排干。约25克湿蔗渣转移到500毫升瓶,用作生物降解底物。瓶是补充说,10毫升的营养培养基含有5%葡萄糖和0.21%硫酸铵。包含衬底的瓶在120°C的15分钟和热压处理过的甘蔗蔗渣的消化是由接种曲霉菌的真菌文化tamarii入瓶。瓶是孵化25°C 15天。孵化后,瓶的内容受到在10000转离心5分钟,得到的上层清液用于木质纤维素基膜材料。
部分纯化溶菌酶的制备乙醇沉淀的方法
采取了两个鸡蛋,蛋清分离仔细从蛋黄没有令人不安的蛋黄。蛋清是稀释两卷为0.05 m氯化钠溶液。为了沉淀溶菌酶以外的所有的蛋白质,混合物的pH值被设置为4仔细添加几滴1 N乙酸,然后稀释同等体积的60% (v / v)乙醇。经过六个小时的孵化与30%乙醇室温下,混合物在15000 x离心机g 15分钟在4°C。沉淀是丢弃,包含溶菌酶的上层清液透析21 h在4°C 2000毫升蒸馏水的三个变化。上述过程重复三次。为了证实酶分离溶菌酶,1毫升的透析上层清液分别从三个批次拍摄和100μl 1 x SDS加载染料添加到样本。样品是煮五分钟,然后在冰上冷却。样品然后运行在15% SDS页面。估计的溶菌酶经乙醇沉淀蛋白,洛瑞蛋白质评估之后的协议。
优化抗菌药物的浓度
为了优化抗微生物剂的浓度,建立最有效的抗微生物剂,区抑制试验是进行不同浓度的溶菌酶,月桂酸和溶菌酶的结合和EDTA。
大肠杆菌LB培养基中生长的光密度在0.62至1.0的范围在600海里。磅媒体支持了大肠杆菌增长OD600正常震动孵化条件下(250 rpm)。使用无菌撒布机100μl大肠杆菌-磅肉汤均匀地分散在快餐店的无菌LB-agar盘子。不同浓度的溶菌酶(0.05毫克/毫升,0.1毫克/毫升,0.15毫克/毫升和分别为0.2毫克/毫升)的准备。森西光盘被浸泡在不同浓度的溶菌酶解半个小时。森西光盘被放置在盘子里。
同样,不同浓度的月桂酸(0.05毫克/毫升,0.1毫克/毫升,0.15毫克/毫升和分别为0.2毫克/毫升)被应用于第二个板使用森西光盘。第三个琼脂板制备含有森西光盘,不同浓度的溶菌酶(0.05毫克/毫升0.1毫克/毫升,0.15毫克/毫升和分别为0.2毫克/毫升),每个合并与EDTA(15毫米作为0.2% v / v)。
这些琼脂板不同抗微生物剂培养48小时,在37°C。孵化后,区域的直径抑制使用游标卡尺测量。数据解释使用图解法和最优浓度决定。进行了测试与控制森西光盘一式三份。
木质纤维素膜制备
木质纤维素的电影从甘蔗蔗渣由加10毫升的消化后得到的上层清液由曲霉tamarii甘蔗蔗渣,90毫升的20%乙醇连续使用电磁搅拌器搅拌。后的解决方案是同质的,3.8毫升甘油添加塑化剂和混合加热缓慢轻微的沸腾。5毫升的电影混合物测量和涌入培养皿,压克力板。然后他们被放置在烤箱设定在24小时50°C。抗菌木质纤维素制备的电影,10毫升的抗菌溶液组成的0.2 mg / mL原油溶菌酶和15毫米EDTA作为0.2 v / v加入80毫升20%的乙醇电影的基本解决方案和10毫升的木质纤维素上层清液。增加了3.8%的增塑剂和抗菌木质纤维素电影类似于控制木质纤维素的电影。
液体培养测试抗菌木质纤维素的电影
液体培养测试估计电影的有效性与抗菌试剂注册,每个电影都切成方块(5厘米* 5厘米)。三个示例广场都沉浸在20毫升一瓶25毫升普遍的磅肉汤。媒介的大肠杆菌接种200μl指数期后期,然后转移到一个轨道振动和旋转在37°C 200 r.p.m。文化是定期取样(0、4、8、12、16、20、24、28小时)在孵化获得微生物增长概要文件。同样的步骤被重复控制电影没有抗菌剂。光密度(O.D.600)使用分光光度计测量在λ= 600海里。

结果与讨论
确认部分纯化溶菌酶
确认的溶菌酶提取乙醇沉淀蛋白,sds - page。透析溶菌酶提取从三个批次被加载到15% sds - page凝胶电泳和考马斯亮蓝染色。
图像
推论:在进行sds - page三批部分纯化溶菌酶,溶菌酶提取的波段对应观察。根据文献调查,溶菌酶的分子量为14.6 kDa和比较乐队获得100 kDa蛋白质梯,溶菌酶的存在被证实。
蛋白质含量的估计部分纯化溶菌酶
估计的总含量,溶菌酶提取乙醇沉淀的方法,洛瑞的协议对蛋白质进行了估计。使用的BSA浓度是1毫克/毫升和试剂I和II所准备的方法。
数量的蛋白质的外推值获得每一批:
图像
优化抗菌药物浓度的抑制区测试
将木质纤维素膜,抗菌药物的最佳浓度区扩散法之后。不同浓度(0.05毫克/毫升,0.1毫克/毫升,0.15毫克/毫升和0.2毫克/毫升)月桂酸、溶菌酶和溶菌酶与EDTA的解决方案准备,森西盘浸泡在各自的解决方案。将森西盘后的无菌表面LB-Agar盘子接种E。杆菌和孵化48 h在37°C,抑制形成的区域和区域的直径的抑制使用游标卡尺测量。所有抗菌区扩散方法进行了一式三份。
区直径与溶菌酶对大肠杆菌的抑制作用
图像
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推理:控制森西盘放置在培养皿的中心没有溶菌酶显示几乎可以忽略不计的抑制。制表的值后直径不同浓度的溶菌酶的抑制区,发现了溶菌酶在0.15毫克/毫升浓度提供最高的抑制区直径。
区直径与月桂酸对大肠杆菌的抑制作用
图像
图像
推理:控制森西盘放置在培养皿中没有中心的月桂酸显示几乎可以忽略不计的抑制。制表的值后的抑制区直径不同浓度的月桂酸、月桂酸在0.15毫克/毫升以及0.20毫克/毫升浓度被发现提供最高的抑制区直径。
区直径与溶菌酶和EDTA对大肠杆菌的抑制
图像
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推理:控制森西盘放置在培养皿的中心没有溶菌酶与EDTA显示几乎可以忽略不计的抑制。制表的值后的抑制区直径不同浓度EDTA的溶菌酶,溶菌酶与EDTA在0.15毫克/毫升以及0.20毫克/毫升浓度被发现提供最高的抑制区直径。因此,这是最有效的抗菌药物,因此溶菌酶浓度为0.2毫克/毫升,15毫米EDTA作为0.2 v / v将被纳入木质纤维素的电影。
液体培养测试抗菌木质纤维素的电影
为了测试木质纤维素合成的抗菌效果的电影,进行液体培养试验。测试结果图形绘制如下,代表培养基的光密度在不同的时间间隔。
图像
推理:抗菌木质纤维素膜含有lysozyme-EDTA给出了对大肠杆菌的生长抑制作用。图4.4显示了抑制大肠杆菌的抗菌膜在液体培养。很明显,溶菌酶和EDTA显示大量减少平稳增长阶段。在平稳增长阶段,细胞浓度控制电影瓶(O。D600nm = 0.93)几乎是两倍半细胞浓度在影片中含有木质纤维素与溶菌酶和EDTA (O。D600nm = 0.39)。从上面可以得出结论:溶菌酶结合EDTA可以抑制细菌增长,合成抗菌木质纤维素电影本质上是活跃的。
原子力显微镜
木质纤维素的形态分析了电影和原子力显微镜(AFM)和高分辨率的图像如图5.1 (a)和5.1 (b)。
图像
推理:木质纤维素薄膜的显微图证明了表面显示均匀结构典型的颗粒形态。也指出,z轴的规模控制示例如图5.1.1 (a),即没有塑化剂比的木质纤维素膜合成的增塑的木质纤维素的电影,这意味着木质纤维素薄膜的粗糙度是减少增塑剂的存在。
水接触角雷竞技网页版
木质纤维素膜与水相互作用的调查使用测角仪、接触角测量和数据表5.1所示雷竞技网页版
图像
推理:是观察到的接触角增塑的木质纤维素膜在甘油的存在增加了104.4%。雷竞技网页版的顺利和同质结构薄膜降低了界面自由能,从而防止水渗透到电影,因此增加了接触角。雷竞技网页版接触角的增加增塑的木质纤维素利用雷竞技网页版率的电影是有益的包装。
抗拉强度测试
拉伸试验进行了茨威格UTM / Z005,配备了一个200 N负荷细胞与十字头0.5毫米/分钟的速度,和最初的之间的距离是20毫米。四个样品每个控制膜、如木质纤维素膜没有与甘油增塑的,和木质纤维素电影进行测试检查结果的一致性。室温下进行测量和结果以图形和列表。
一套的应力-应变曲线的控制木质纤维素膜和增塑的木质纤维素薄膜图5.2所示。
图像
图像
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比较合成抗菌木质纤维素膜的机械性能和现有聚乙烯包装材料,平均拉应力和断裂伸长率百分比0.5毫米厚度的聚乙烯材料分别确定为29.9 MPa和10.05%。
推理:控制木质纤维素膜的抗拉强度相对较弱。控制电影相比,木质纤维素酯增塑膜的拉伸应力增加了近50%。木质纤维素之间的接口矩阵和甘油中扮演重要角色的提高木质纤维素薄膜的机械性能。此外,它可以观察到,所有木质纤维素电影显示thermoplastic-like行为,与压力迅速增加,压力小,屈服点后更慢。
此外,在比较的抗拉强度值合成木质纤维素薄膜和聚乙烯包装材料,这是观察到木质纤维素膜的抗拉强度值几乎与聚乙烯相似。因此,两种材料的优势有微不足道的区别。

结论
一个半透明的活性抗菌木质纤维素材料,灵活已成功发展。甘蔗蔗渣的微生物消化曲霉菌tamarii了88% (22 g从25 g的甘蔗蔗渣)木质生物质转换。积极抗菌木质纤维素膜合成通过合并一个优化浓度为0.2毫克/毫升的部分纯化溶菌酶,由乙醇沉淀蛋白,EDTA 15毫米。
发现这部电影是有效抑制微生物活动,例如,在平稳增长阶段,即包含控制电影的烧瓶中细胞浓度没有抗菌剂(O。D600nm = 0.93)几乎是两倍半细胞浓度在影片中含有木质纤维素与溶菌酶和EDTA (O。D600nm = 0.39)。
发达的电影后被证明是一个平稳的和同质地形描述它们的表面使用原子力显微镜。木质纤维素膜的z轴值的范围没有甘油从0到1295.67纳米,而甘油增塑的z轴的范围值木质纤维素电影从0到107.91纳米。这清楚地表明,木质纤维素薄膜的粗糙度与甘油的加入降低了。已合成的活性抗菌木质纤维素膜是一种有效的对水分敏感的食品的包装材料文章由于电影所表达的疏水性增加甘油作为增塑剂的存在。
此外,抗拉强度发达电影与传统的聚乙烯包装材料。抗拉强度测试表明增加抗拉强度的甘油和发达活跃的包装材料的抗拉强度与常规塑料包装材料。木质纤维素膜平均厚度0.54毫米显示平均抗拉强度为27.42 MPa,这是与聚乙烯材料的平均抗拉强度为29.9 MPa。最重要的是,这部电影已经克服了缺点开发面临的现有聚乙烯包装对环境污染物的生物降解木质纤维素的电影。

引用
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