مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

ساخت و بررسی خواص مقوای بسته‌بندی آنتی‌باکتریال از طریق پوشش‌دهی با کربوکسی‌متیل‌سلولز و سیپروفلوکساسین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 عضو هیئت علمی گروه سلولزی و بسته بندی -پژوهشکده شیمی و پتروشیمی - پژوهشگاه استاندارد
2 گروه سلولزی و بسته‌بندی، پژوهشکدة شیمی و پتروشیمی، پژوهشگاه استاندارد، کرج، ایران.
3 گروه سلولزی و بسته بندی، پژوهشکدة شیمی و پتروشیمی، پژوهشگاه استاندارد، کرج، ایران.
4 استادیار صنایع چوب و کاغذ، گروه سلولزی و بسته بندی، پژوهشکده شیمی و پتروشیمی، پژوهشگاه استاندارد، کرج، ایران
10.22034/ijwp.2025.2066623.1716
چکیده
بیان مساله و اهداف: بسته‌بندی ضدمیکروبی نقش بسیار مهمی در حفظ کیفیت و افزایش ماندگاری مواد غذایی ایفا می‌کند. این نوع بسته‌بندی با به‌کارگیری موادی که از رشد باکتری‌ها، قارچ‌ها و دیگر میکروارگانیسم‌ها جلوگیری می‌کنند، ایمنی و تازگی محصولات غذایی را تضمین می‌نماید. در این پژوهش، برای تولید مقوای آنتی‌باکتریال، از پوشش‌دهی مقوا با کربوکسی‌متیل سلولز حاوی سیپروفلوکساسین استفاده شد. این روش نه تنها خواص ضدمیکروبی بسته‌بندی را بهبود می‌بخشد، بلکه با کاهش وابستگی به مواد شیمیایی مصنوعی و ترویج زیست‌تخریب‌پذیری، نگرانی‌های زیست‌محیطی را نیز برطرف می‌کند.
مواد و روش‌ها: برای ساخت مقوای آنتی‌باکتریال، سطح کاغذ پایه با لایه‌ای از کربوکسی متیل سلولز به همراه سیپروفلوکساسین پوشش داده شد. برای این منظور،گراماژ پوشش‌دهی به اندازه 5، 10 و 15 گرم در متر مربع در نظر گرفته و بر اساس آن و مساحت کاغذ پایه، جرم خشک موردنیاز پوشش‌دهی محاسبه شد. از سیپروفلوکساسین به اندازه 3 و 5 درصد وزنی پوشش به عنوان عامل آنتی باکتریال استفاده شد. کاغذ پایه بر روی یک سطح صاف و صلب قرار داده شده و بوسیله چسب نواری مهار شد تا تغییرات ابعادی آن در اثر اعمال لایه پوشش‌ به حداقل ممکن برسد. مواد پوشش‌دهی بر اساس فرمولاسیون تعیین شده تهیه شد. مورفولوژی نمونه‌ها و چگونگی قرارگیری لایه پوشش بر روی کاغذ پایه، بوسیله میکروسکوپ نوری دیجیتال استفاده شد. ویژگی آنتی‌باکتریایی نمونه ها با دو نوع باکتری گرم منفی و گرم مثبت اشرشیا کلای و استافیلوکوکوس اورئوس انجام شد. خواص ممانعتی نمونه‌ها شامل نفوذپذیری نسبت به بخار آب (WVP) و نفوذپذیری به هوا و ویژگی‌های مکانیکی نمونه‌ها نظیر آزمون کشش، آزمون مقاومت خمشی و آزمون مقاومت به ترکیدن مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج: نتایج حاصل از بررسی لایه پوشش‌دهی با میکروسکوپ نوری دیجیتال نشان داد که لایة پوشش‌دهی آنتی باکتریال متشکل از مخلوط کربوکسی‌متیل‌سلولز و سیپروفلوکساسین یک ساختار لایه‌ای یکپارچه را روی کاغذ پایه شکل داده است. در همه نمونه‌ها با اضافه شدن لایه پوشش‌دهی بر روی کاغذ، خواص ممانعتی نظیر میزان سرعت عبور بخار آب و نفوذپذیری در برابر هوا کاهش نشان داد. همچنین پوشش‌دهی مقوا منجر به افزایش خواص مکانیکی شامل مقاومت کششی، مقاومت به ترکیدن، مقاومت خمشی شد. نتایج آزمون ضدباکتریایی حاکی از تشکیل هاله عدم رشد باکتری برای هر دو نوع باکتری بود. بیشترین قطر هاله عدم رشد برای باکتری اشرشیا کلای در نمونه‌های دارای پوشش 15 گرم‌ بر مترمربع و 3 درصد سیپروفلوکساسین و پوشش‌ 15 گرم بر مترمربع و 5 درصد سیپروفلوکساسین و کمترین آن مربوط به باکتری استافیلوکوکوس اورئوس در نمونه دارای پوشش‌ 5 گرم بر مترمربع و 5 درصد سیپروفلوکساسین بود. کاغذ تیمار نشده فعالیت ضدباکتری از خود بروز نداد.
نتیجه‌‌گیری: مقوای پوشش‌دهی شده ویژگی آنتی‌باکتریایی موثری را در برابر دو نوع باکتری گرم منفی و گرم مثبت اشرشیا کلای و استافیلوکوکوس اورئوس نشان داد. با اضافه شدن لایه پوشش خواص ممانعتی مقوای بسته بندی شامل نفوذپذیری نسبت به بخار آب و مقاومت نسبت به عبور هوا بهبود پیدا کردند. لایه پوشش همچنین موجب افزایش استحکام مکانیکی مقوای پوشش‌دهی شده نظیر مقاومت کششی، مقاومت خمشی و مقاومت به ترکیدن شد. نتایج نشان داد که پوشش‌دهی مقوای بسته‌بندی با لایه‌ای از کربوکسی‌متیل سلولز و سیپروفلوکساسین می‌تواند منجر به تولید مقوای بسته بندی آنتی‌باکتریال شود.
کلیدواژه‌ها

[1] Cooksey, K., 2001. Antimicrobial food packaging materials, Addit. Polym., (2001), pp.6-10.
[2] Benhacine, F., Hadj-Hamou, A. and Habi, A., 2015. Development of long-term antimicrobial poly (ε-caprolactone)/silver exchanged montmorillonite nanocomposite films with silver ion release property for active packaging use, Polym. Bull., 73, pp. 1207-1227.
[3] Abreu, A. S., Oliveira, M., Rodrigues, A., Cerqueira, M. A., Vicente, A. A.  and Machado, A. V., 2015. Antimicrobial nanostructured starch based films for packaging, Carbohydr. Polym., 129, pp. 127-134.
[4] Ambaw, A., Fadiji, T. and Opara, U.L., 2021. Thermo-Mechanical Analysis in the Fresh Fruit Cold Chain: A Review on Recent Advances. Foods, 10(6), pp.1-32.
[5] Brockgreitens, J. and Abbas, A., 2015. Responsive food packaging: Recent progress and technological prospects. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 15(1), pp.3–15.
[6] Fadiji, T., Berry, T. M., Coetzee, C. J. and Opara, U.L., 2018. Mechanical design and performance testing of corrugated paperboard packaging for the postharvest handling of horticultural produce. Biosyst. Eng., 171, pp220–244.
[7] Mangaraj, S., Yadav, A., Bal, L.M., Dash, S.K. and Mahanti, N. K., 2019. Application of biodegradable polymers in food packaging industry: A comprehensive review. J. Packag. Technol. Res. 3, pp.77–96.
[8] Vasile, C. and Baican, M., 2019. Progresses in food packaging, food quality, and safety—Controlled-release antioxidant and/or antimicrobial packaging. Molecules, 26 (5), pp.1-49.
[9] Opara, U.L. and Fadiji, T., 2018. Compression damage susceptibility of apple fruit packed inside ventilated corrugated paperboard package. Sci. Hortic., 227, pp.154–161
[10] Sofi, S. A., Singh, J., Rafiq, S., Ashraf, U., Dar, B. N. and Nayik, G. A., 2018. A comprehensive review on antimicrobial packaging and its use in food packaging. Curr. Nutr. Food Sci., pp.14, 305–312.
[11] La Storia, A., Ferrocino, I., Torrieri, E., Di Monaco, R., Mauriello, G., Villani, F. and Ercolini, D., 2012. A combination of modified atmosphere and antimicrobial packaging to extend the shelf-life of beefsteaks stored at chill temperature. Int. J. Food Microbiol.,158, pp.186–194.
[12] Han, J.W., Ruiz-Garcia, L., Qian, J. P. and Yang, X. T., 2018. Food packaging: A comprehensive review and future trends. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf., 17, pp.860–877.
[13] Anwar, R.W. and Warsiki, E., 2018. The comparison of antimicrobial packaging properties with different applications incorporation method of active material. IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci., 141.
[14] Ghasemi, A. H., Nazarnezhad, N., Rezanezhad, Sh. and Sharifi, S. H., 2018. Investigating the Possibility of Producing Antibacterial Paper for Food Packaging with Rosemary (Rosmarinus Officinalis l.) Extract. Journal of Food Science and Technology, 133(19), pp103-113. (In Persian).
[15] Akhtari, M. and Dehghani Firoozabadi, M. R., 2021. Study of antibacterial activity and other properties of paper coated by selenium nanoparticles. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 12(1), pp.29–44. (In Persian).
[16] Kumar, A., and Singh, R., 2023. Emerging resistance mechanisms against ciprofloxacin in clinical bacterial isolates: A comprehensive review. Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 78(3), pp.456-472.
[17] Redgrave, L. S., Sutton, S. B., Webber, M. A. and Piddock L. J. V., 2014.  Fluoroquinolone resistance: mechanisms, impact on bacteria, and role in evolutionary success. Trends Micribiology, 22(8), p438-445.
[18] Bukharov, S. V., Sadykova, Yu. M., Umarov, T. E., Burilov, A. R., Nugumanova, G. N., Momzyakova, K. S., Voloshina A. D. and T. R. Deberdeev., 2021. Synthesis and Antibacterial Activity of Cellulose Modified with Ciprofloxacin Fragments. Polymer Science, Series D, 14, pp. 575–579.
[19] Syed Abdullah, S. S., Faisul Aris, F. A., Said Azmi, S. N. N., Anak John, J. H. S., Khairul Anuar, N. N.  and Mohd Asnawi, A. S. F., 2022. Development and evaluation of ciprofloxacin-bacterial cellulose composites produced through in situ incorporation method. Biotechnology Reports, 34, pp1-8.
[20] Barbara Nasiłowska, B., Bombalska, A., Kutwin, M., Lange, A., Jaworski, S., Narojczyk, K., Olkowicz, K. and Zdzisław Bogdanowicz Z., 2024. Ciprofloxacin-, Cefazolin-, and Methicilin-Soaked Graphene Paper as an Antibacterial Medium Suppressing Cell Growth. Int. J. Mol. Sci., 25(5), pp.1-16.
[21] Sikorski, D., Rosiak, P., Janczewski, L., Potrzebowski, M. J., Kregiel, D., Kazmierski, S., Neubauer, D., Kolesinska, B., Fraczyk, J., Adamczyk, A. and Draczynski, Z., 2023. Synthesis and Characterization of Antibacterial Chitosan Films with Ciprofloxacin in Acidic Conditions. Int. J. Mol. Sci., 24, pp.1-18.
[22] Heshmati, S., Azadfallah, M., Mehdi Roohani, M. and Ebrahimi, S. S., 2024. Enhancement of the properties of cellulose nanofiber coatings using ammonium-zirconium-carbonate and sorbitol. Journal of Forest and Wood Products, 77 (2), 187-200. DOI: http//doi.org/10.22059/jfwp.2024.377436.1298.
[23] Roohani, M., Movahedi, F., Kord, B. and Khakifirooz, A., 2023. Investigation on coating of paper with biodegradable polymers and Zinc Oxide nanoparticles on its mechanical and barrier properties. Journal of Wood and Paper Industries of Iran, 14(1), 97-111.