The current trend in food packaging is oriented towards the substitution of non-biodegradable petroleum-based polymers by packaging materials that are eco-friendly and can prolong the food shelf life as well. In this context, this Ph.D. project aims to the development of chitosan-based blend films enriched with natural (essential oils) and synthetic (ethyl lauroyl arginate) antimicrobial compounds for sustainable food packaging applications. The overall project has been divided into five main parts. The brief description of each chapter is presented here: Chapter I presents a brief introduction to the recent advances of chitosan-based blend films for food packaging applications. The reason for selecting chitosan as the main biopolymer in this study and literature review concerning blending chitosan with other biopolymers has been described. Chapter II aims to develop blend and bilayer bio-based active films by solvent casting technique, using chitosan and gelatin as biopolymers, glycerol as a plasticizer and ethyl lauroyl arginate (LAE) as an antimicrobial compound. The results showed that blend films had higher tensile strength and elastic modulus and lower water vapor permeability than bilayer films (p<0.05). Bilayer films demonstrated as effective barriers against UV light and showed lower transparency values (p<0.05). FT-IR spectra indicated that interactions existed between chitosan and gelatin due to electrostatic interactions and hydrogen bond formation. However, the addition of LAE did not interfere in the network structure. Active films containing LAE (0.1%, v/v) inhibited the growth of four food bacterial pathogens including Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, and Campylobacter jejuni. Chapter III focuses to develop films based on chitosan-gelatin blend enriched with cinnamon, citronella, pink clove, nutmeg, and thyme essential oils (1%, v/v) and evaluating their physical, optical, mechanical, water barrier and microstructural properties for active food packaging applications. The results confirmed intermolecular interactions between functional groups of the essential oils with the hydroxyl and amino groups of the chitosan-gelatin film network. The incorporation of different essential oils notably improved the UV barrier properties. The developed films, with special regards for those including thyme essential oil, were effective against four common food bacterial pathogens. Chapter IV aims to develop active films based on blending chitosan and polyvinyl alcohol enriched with LAE at different concentrations (1-10%, w/w). The results showed that high LAE levels negatively affected mechanical and water barrier properties. Addition of LAE improved UV barrier properties. The developed active films were effective against four common food bacterial pathogens.

L'attuale tendenza nel confezionamento degli alimenti è orientata alla sostituzione di polimeri non biodegradabili a base di petrolio con materiali di imballaggio ecologici e che possano prolungare anche la shelf-life degli alimenti. In questo contesto, il progetto Ph.D. ha preso in considerazione lo sviluppo di film misti a base di chitosano arricchiti con composti antimicrobici naturali (oli essenziali) e di sintesi (etil lauroil arginato) per applicazioni di confezionamento alimentare sostenibile. L'intero progetto è stato diviso in cinque parti principali. Il capitolo I presenta una breve introduzione sui recenti progressi dei film costituiti da miscele a base di chitosano. Il motivo per cui è stato scelto il chitosano come biopolimero principale in questo studio e nella revisione della letteratura riguardante la miscelazione del chitosano con altri biopolimeri è stata descritta. Nel capitolo II, i film attivi a base biologica e doppio strato sono sviluppati mediante tecnica solvent casting, usando chitosano e gelatina come biopolimeri, glicerolo come plastificante e etil lauroil arginato (LAE) come composto antimicrobico. I risultati hanno mostrato che i film di miscelazione presentavano una resistenza alla trazione e un modulo elastici più elevati e una permeabilità al vapore acqueo inferiore rispetto ai film a doppio strato (p <0,05). I film bilayer hanno dimostrato un’efficace barriera contro la luce UV e valori di trasparenza inferiori (p <0,05). Gli spettri FT-IR hanno indicato la presenza di interazioni tra chitosano e gelatina, in particolare interazioni elettrostatiche e formazione di legami idrogeno. Tuttavia, l'aggiunta di LAE non ha interferito nella struttura della rete. I film attivi contenenti LAE (0,1%, v / v) hanno inibito la crescita di quattro patogeni alimentari tra cui Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella typhimurium e Campylobacter jejuni. Nel capitolo III, sono sviluppati film a base di miscela chitosano-gelatina arricchita con cannella, citronella, chiodi di garofano rosa, noce moscata e oli essenziali di timo (1%, v / v) e le loro proprietà fisiche, ottiche, meccaniche, di barriera all'acqua e microstrutturali sono state valutate per applicazioni di confezionamento alimentare attivo. I risultati hanno confermato le interazioni intermolecolari tra i gruppi funzionali degli oli essenziali con i gruppi idrossile e amminico della rete di film di chitosano-gelatina. L'incorporazione di diversi oli essenziali ha migliorato notevolmente le proprietà di barriera UV. I film sviluppati, con particolare riguardo a quelli integrati con l'olio essenziale di timo, erano efficaci contro i quattro comuni patogeni alimentari testati. Il capitolo IV si concentra sullo sviluppo di film attivi basati sulla miscelazione di biopolimeri naturali (chitosano) e sintetici (polivinilico alcool). Sono stati sviluppati film in miscela di chitosano, polivinil alcool e LAE, incorporato in questi film a diverse concentrazioni (1-10%, p / p). I risultati hanno mostrato che alti livelli di LAE hanno influenzato negativamente sulle proprietà di barriera meccanica e permeabilità all'acqua. Anche in questo caso film attivi sviluppati erano efficaci contro quattro agenti patogeni alimentari testati. Il capitolo V rappresenta la conclusione di questa tesi, e presenta una sintesi dei punti salienti dei risultati importanti, ottenuti in questo studio.

Sviluppo di film attivi a base di chitosano per packaging alimentare sostenibile / Hossein Haghighi , 2020 Mar 19. 32. ciclo, Anno Accademico 2018/2019.

Sviluppo di film attivi a base di chitosano per packaging alimentare sostenibile

HAGHIGHI, HOSSEIN
2020

Abstract

The current trend in food packaging is oriented towards the substitution of non-biodegradable petroleum-based polymers by packaging materials that are eco-friendly and can prolong the food shelf life as well. In this context, this Ph.D. project aims to the development of chitosan-based blend films enriched with natural (essential oils) and synthetic (ethyl lauroyl arginate) antimicrobial compounds for sustainable food packaging applications. The overall project has been divided into five main parts. The brief description of each chapter is presented here: Chapter I presents a brief introduction to the recent advances of chitosan-based blend films for food packaging applications. The reason for selecting chitosan as the main biopolymer in this study and literature review concerning blending chitosan with other biopolymers has been described. Chapter II aims to develop blend and bilayer bio-based active films by solvent casting technique, using chitosan and gelatin as biopolymers, glycerol as a plasticizer and ethyl lauroyl arginate (LAE) as an antimicrobial compound. The results showed that blend films had higher tensile strength and elastic modulus and lower water vapor permeability than bilayer films (p<0.05). Bilayer films demonstrated as effective barriers against UV light and showed lower transparency values (p<0.05). FT-IR spectra indicated that interactions existed between chitosan and gelatin due to electrostatic interactions and hydrogen bond formation. However, the addition of LAE did not interfere in the network structure. Active films containing LAE (0.1%, v/v) inhibited the growth of four food bacterial pathogens including Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, and Campylobacter jejuni. Chapter III focuses to develop films based on chitosan-gelatin blend enriched with cinnamon, citronella, pink clove, nutmeg, and thyme essential oils (1%, v/v) and evaluating their physical, optical, mechanical, water barrier and microstructural properties for active food packaging applications. The results confirmed intermolecular interactions between functional groups of the essential oils with the hydroxyl and amino groups of the chitosan-gelatin film network. The incorporation of different essential oils notably improved the UV barrier properties. The developed films, with special regards for those including thyme essential oil, were effective against four common food bacterial pathogens. Chapter IV aims to develop active films based on blending chitosan and polyvinyl alcohol enriched with LAE at different concentrations (1-10%, w/w). The results showed that high LAE levels negatively affected mechanical and water barrier properties. Addition of LAE improved UV barrier properties. The developed active films were effective against four common food bacterial pathogens.
Development of active chitosan-based films for sustainable food packaging applications
19-mar-2020
PULVIRENTI, Andrea
LICCIARDELLO, Fabio
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