Создание биоразлагаемых антимикробных пленок для хранения охлажденной мясной и рыбной продукции

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-73-01233

НазваниеСоздание биоразлагаемых антимикробных пленок для хранения охлажденной мясной и рыбной продукции

Руководитель Колотова Дарья Сергеевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Мурманский арктический университет" , Мурманская обл

Конкурс №84 - Конкурс 2023 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-302 - Структура и свойства полимеров, многокомпонентных полимерных систем

Ключевые слова биоразлагаемые пленки, рациональное природопользование, рыбная желатина, альгинат натрия, пищевые продукты

Код ГРНТИ65.09.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
На сегодняшний день полимерные упаковки являются наиболее распространенным и востребованным материалом для хранения охлажденной мясной и рыбной продукции. В качестве материалов для изготовления полимерной упаковки применяют синтетические полимеры, полученные из нефти, поскольку они обладают множеством преимуществ по сравнению с прочими упаковочными материалами с точки зрения низкой стоимости, малого веса, стабильности и прочности. Однако их производство и использование генерирует большие объемы отходов, которые не поддаются биологическому разложению, что приводит к серьезным экологическим проблемам. Кроме того, опасения по поводу истощения природных ресурсов и постепенное снижение запасов ископаемого топлива способствовали развитию рынка альтернативных биополимеров, которые могут стать альтернативой синтетическим полимерам для упаковочных материалов. Таким образом, актуальной задачей является разработка биоразлагаемой упаковки для охлажденной продукции из возобновляемых материалов. Настоящий проект направлен на создание биоразлагаемых антимикробных пленок для продления сроков хранения охлажденной мясной и рыбной продукции. В качестве основы для создания пленок будут использованы смеси рыбного желатина с альгинатом натрия, обогащенные растительными экстрактами, которые позволят замедлить порчу продуктов и продлить сроки их хранения, а также повысить функциональные свойства пленок. Будут определены оптимальные соотношения компонентов в системе, позволяющие получить пленки с повышенными механическими и функциональными свойствами. Будут исследованы органолептические и механические свойства пленок, а также паропроницаемость и влагопоглощение. Будет исследована структура и термическая устойчивость пленок. Будет проведен органолептический и микробиологический анализ охлажденной мясной и рыбной продукции, упакованной в разработанные желатиново-альгинатные пленки, для исследования сроков хранения и микробиологической порчи продукта в процессе хранения. Масштаб и комплексность задачи определяется фундаментальной постановкой вопроса, в том числе созданием пищевых биоразлагаемых пленок на основе биополимеров из возобновляемых биоресурсов; определением оптимального соотношения компонентов; исследованием комплекса функциональных свойств пленок и продуктов в процессе хранения; развитием ресурсосберегающих технологий и повышения экологической безопасности пищевых производств. Научная новизна проекта заключается в разработке и создании биоразлагаемых пленок, обладающих антимикробными свойствами и позволяющих продлить сроки хранения охлажденной продукции, с использованием биополимеров из возобновляемых морских источников – рыбной желатины и альгината натрия. Создание таких пленок позволить решить ряд экологических проблем, связанных с производством и применением пластиков, полученных из нефтяного сырья. Во-вторых, применение рыбного желатина и альгината натрия позволит решить проблему комплексного и рационального использования морских биоресурсов, что является актуальной задачей в рамках всемирно признанной концепции развития экологически безопасных безотходных технологий. Данные биополимеры обладают высокой биосовместимостью и биоразлагаемостью, а также проявляют высокую биологическую и антимикробную активность в сочетании с растительными экстрактами, что представляет большой интерес для пищевой промышленности.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Колотова Д.С., Бордиян В.В., Боровинская Е.В. Исследование фазового поведения и реологических свойств водных смесей альгината натрия и рыбной желатины, перспективных для создания биоразлагаемых пленок VI Международная конференция по коллоидной химии и физико-химической механике (IC CCPCM), посвященная 125-летию со дня рождения П.А. Ребиндера (Казань, 2023): тезисы докладов, с. 62 (год публикации - 2023)

2. Колотова Д.С., Бордиян В.В., Боровинская Е.В., Масленникова А.С., Деркач С.Р. Фазовое поведение и реологические свойства водных смесей альгината натрия и рыбного желатина Фундаментальная гликобиология-2023: материалы всероссийской конференции, Мурманск, 11-15 сентября 2023 г., С. 19 (год публикации - 2023)

3. Колотова Д.С., Боровинская Е.В., Бордиян В.В. Разработка полимерных композиций для создания биоразлагаемых пленок Наука и инновации в Арктике : материалы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Мурманск, 4–9 декабря 2023 г.. - Мин-во науки и высш. образования Рос. Федерации, Мурм. аркт. ун-т. – Мурманск : Изд-во МАУ, 2024., С. 591-593 (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Конкретный проект направлен на создание биоразлагаемых антимикробных пленок для продления сроков хранения охлажденной мясной и рыбной продукции. В качестве основы для создания пленок использованы смеси рыбного желатина с альгинатом натрия, обогащенные растительными экстрактами, которые позволят замедлить порчу продуктов и продлить сроки их хранения. На втором этапе реализации проекта получены обширные данные о влиянии содержания альгината натрия в системе в диапазоне Z от 1,0 до 2,0 г альгината натрия/г желатина с использованием трех видов пластификаторов – глицерина, сорбитола и с меси глицерина с сорбитолом (1:1). Исследовано влияние гидрофобизирующих агентов – трансглутаминазы (0,05 и 0,10 % масс.), а также хитозана, применяемого в качестве дополнительного покрытия. Исследовано влияние присутствия ионов кальция (0,1 и 1,0 ммоль/л), а также проведения сушки пленок под вакуумом на основные свойства пленок, определяющие их эксплуатационные характеристики и обеспечивающие безопасное и длительное хранение пищевых продуктов (структурные, механические и термические свойства, паропроницаемость и влагопоглощение). Кроме того, получены данные о влиянии вида и содержания растительных экстрактов, обладающих антимикробными свойствами (экстракт листьев кипрея узколистного, экстракта цветков календулы, экстракта листьев зеленого чая) на свойства пленок. Определен состав биополимерной композиции с наиболее высокими эксплуатационными характеристиками и высокой разрывной прочностью: пластификатор – глицерин, Z = 2,0 г альгината натрия/г желатина, концентрация трансглутаминазы – 0,1 % масс., концентрация хлорида кальция – 0,1 ммоль/л. Показано, что введение в состав данной пленки водорастворимого экстракта календулы и дополнительное покрытие данной пленки 0,1 % раствором хитозана в 0,1 Н уксусной кислоте приводит к росту механической прочности с 28,0 до 44,6 МПа. Исследовано изменение микробиологических показателей до и после холодильного хранения (0…4 °С) в течение 12 суток охлажденных лосося атлантического и говядины в сравнении с образцами охлажденной продукции, для упаковки которой была использована полиэтиленовая пищевая пленка. Установлено, что пленки с добавлением экстракта календулы способны замедлять рост мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов при хранении охлажденного мяса и препятствовать развитию патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Однако после хранения в течение 12 суток наблюдалась частичная дегидратация продуктов после хранения в биополимерных пленках вследствие высокой аэрации пленок. Показано, что разработанные пленки могут применяться для хранения охлажденной мясной и рыбной продукции только после доработки в части снижения паропроницаемости пленок во избежание потребительских и органолептических свойств продукта. В текущем виде пленки могут примяться для хранения продукции с низким содержанием влаги. Получены данные о биоразлагаемости пленок пленок без и с добавками растительных экстрактов: кипрея, календулы и зеленого чая, дополнительно покрытых 0,1 % раствором хитозана. Образцы пленок, помещенные на поверхности грунта уже на 7 сутки наблюдения продемонстрировали визуальные признаки биологического разложения – разрастание мицелия на поверхности пленок, изменение цвета и размера. Пленки, размещенные в толще грунта, на 14 сутки пленки распались на отдельные фрагменты, что свидетельствует о протекании процесса биологического разложения. Разработанные пленки могут стать альтернативой пленкам из полиэтилена и снизить нагрузку на окружающую среду. Кроме того, применение для создания пленок материалов, полученных из морских биоресурсов (рыбного желатина, альгината натрия из бурых водорослей и хитозана из панцирей креветок) будет способствовать решению проблемы комплексного и рационального использования морских биоресурсов и развитию экологически чистых безотходных технологий.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта могут быть использовали в сфере пищевой промышленности для внедрения в реальный сектор. потенциальным потребителем результатов может стать компания Вкусвилл, которая выразила заинтересованность в производстве биоразлагаемых пленок для продления сроков хранения охлажденной рыбы.