Produsele proaspete se caracterizează printr-o perioadă de valabilitate redusă, deoarece sunt un mediu de creștere excelent pentru o mulțime de microorganisme. Prin urmare, deteriorarea microbiană care cauzează pierderi semnificative în aprovizionarea cu alimente a devenit o problemă etică economică și enormă la nivel mondial. Tema a fost cercetată de un colectiv de oameni de știință de la Institutul de Bioștiințe și Bioresurse din Napoli, din care au făcut parte Marta Gogliettino, Marco Balestrieri, Aniello Anastasio și Luca De Stefano, și care au semnat lucrarea cu titlul ”Extending the Shelf-Life of Meat and Dairy Products via PET-Modified Packaging Activated With the Antimicrobial Peptide”, finanțată de Consiliul Național Intalian de Cercetări și publicată la începutul anului 2020. Iată la ce concluzii au ajuns.
O soluție viabilă
Mai ales pentru produsele proaspete din carne și lapte, ambalajul antimicrobian oferă o soluție viabilă pentru a aborda această problemă economică și de siguranță alimentară, prin extinderea termenului de valabilitate și îmbunătățirea calității și siguranței produselor proaspete.
Scopul studiului citat a fost de a investiga efectele unei suprafețe de polietilen tereftalat (PET), în contact cu alimentele funcționalizate cu peptidă antimicrobiană caracterizată ca peptidă orientată mitocondrială (MTP1), în reducerea populației microbiene legate de deteriorare și furnizarea raftului. Totodată, s-a urmărit stabilitatea vieții diferitelor tipuri de alimente proaspete, cum ar fi brânza ricotta și carnea de vită.
Polimerii modificați au fost caracterizați în ceea ce privește procedura de activare a plasmei prin măsurători ale unghiului de contact cu apa și măsurători cu spectroscopie în infraroșu și metoda Fourier, de reflexie totală atenuată (ATR-FTIR).
Rezultatele au arătat că MTP1-PET-urile au oferit un puternic efect antimicrobian pentru microorganismele de deteriorare, fără citotoxicitate, pe o linie celulară de cancer de colon uman. În cele din urmă, polimerii activi au dezvăluit o stabilitate ridicată la stocare și o bună reutilizare. Acest studiu a furnizat informații valoroase pentru a dezvolta ambalaje antimicrobiene alternative, pentru îmbunătățirea și extinderea calității microbiene și a siguranței alimentelor perisabile în timpul depozitării.
Principala limitare
Perioada scurtă de valabilitate a alimentelor proaspete reprezintă una dintre principalele limitări pentru comercializarea acestei clase de produse, în principal datorită conținutului ridicat de substanțe nutritive și a umidității superficiale care duce la creșterea rapidă a deteriorării produsului și la înmulțirea microorganismelor patogene.
Într-adevăr, este binecunoscut faptul că creșterea microbiană la suprafața unui produs este adesea responsabilă de modificările nedorite ale aromelor, aromelor și ale altor caracteristici organoleptice ale alimentelor proaspete, care le scad calitatea și le scurtează viața comercială.
Deși cifra exactă a pierderii economice totale cauzate de deteriorarea alimentelor este greu de estimat, este clar că aceasta constituie o povară financiară enormă (Blackburn, 2016), reprezentând 1,3 miliarde de tone pe an, așa cum estimează FAO (Cichello, 2015; Bondi și colab, 2017).
Prin urmare, chiar și o reducere a deșeurilor alimentare cu 20-25% ar putea economisi între 120 și 300 miliarde de euro, pe an, potrivit unui raport recent al Programului de acțiune pentru deșeuri și resurse din Marea Britanie (WRAP).
Ca tehnică de conservare, refrigerarea este necesară pentru a menține calitatea microbiană a produselor proaspete, dar nu garantează de la sine o durată lungă de valabilitate, care, în cazul unor alimente, se ridică la o perioadă de timp de aproximativ 4-5 zile.
Prin urmare, cererea de produse proaspete sigure prezintă provocări majore pentru industria alimentară, pentru a dezvolta strategii inovatoare, îmbunătățirea procesului de conservare și prelungirea timpului de depozitare, menținând atât aspectul natural, cât și siguranța alimentelor prin reducerea sau eliminarea bacteriilor de deteriorare.
Un sprijin semnificativ în acest domeniu derivă din utilizarea ambalajelor care, nu numai că acționează ca o barieră împotriva umezelii, vaporilor de apă și gazelor, dar pot servi și ca purtător de substanțe active în ambalajul activ, crescând astfel termenul de valabilitate și asigurarea siguranței și/sau a calității produselor alimentare (Suppakul și colab., 2013).
O idee inovatoare, repusă pe tapet
Ambalajul activ este cea mai relevantă idee inovatoare aplicată pentru satisfacția consumatorilor. Poate fi definit ca un mod de ambalare în care produsul, ambalajul și mediul interacționează într-un mod pozitiv, pentru a prelungi termenul de valabilitate al produselor și/sau pentru a spori siguranța sau proprietățile senzoriale, menținând în același timp calitatea alimentelor. Dintre tehnologiile de ambalare active, ambalajul antimicrobian este considerat unul dintre cele mai promițătoare.
Aceste sisteme se bazează pe imobilizarea agenților antimicrobieni pe suprafața polimerilor, a căror utilizare a crescut puternic datorită varietății lor mari și diferitelor compoziții disponibile, care fac posibilă adoptarea celor mai convenabile soluții de ambalare, concentrându-se pe nevoile specifice ale fiecărui produs.
Unul dintre cele mai comune suporturi care a găsit aplicații în creștere în domeniul ambalării este polietilen tereftalatul (PET), un simplu polimer cu lanț lung, a cărui inerție chimică și proprietăți fizice l-au făcut deosebit de potrivit pentru diferite aplicații alimentare.
Cu toate acestea, inerția chimică a PET face necesară activarea și funcționalizarea suprafeței sale cu tratamente specifice, precum plasma rece, înainte de a continua imobilizarea ulterioară a compușilor bioactivi, cum ar fi uleiuri esențiale, extracte din plante, bacteriocine sau enzime. Unele ambalaje antimicrobiene utilizează peptide antimicrobiene imobilizate (AMP), pentru a suprima creșterea microbilor (Malhotra și colab., 2015).
O familie eterogenă
AMP fac parte din sistemul imunitar înnăscut al tuturor organismelor multicelulare și includ o familie eterogenă din punct de vedere chimic și structural, ai cărei membri au fost izolați din o mare varietate de animale, plante, bacterii, ciuperci și viruși. Cu toate acestea, se pot distinge trei caracteristici principale care sunt împărtășite de aproape toate AMP-urile cunoscute: dimensiunea redusă, caracterul foarte cationic și tendința de a adopta structuri amfipatice. Aceste proprietăți fizico-chimice fac ca AMP-urile să poată interacționa cu membranele microbiene încărcate negativ.
Cu toate acestea, pentru a servi ca agenți de acoperire eficienți, AMP-urile trebuie să îndeplinească mai multe condiții prealabile, care includ păstrarea activității antimicrobiene cu spectru larg, odată legată de materialele de ambalare. Deoarece multe peptide naturale nu au capacitatea de a păstra aceste proprietăți, este necesar să se dezvolte AMP-uri noi și mai eficiente, cu scopul de a crește siguranța și durata de valabilitate a produselor alimentare.
Recent, pornind de la secvența sursă umană a CPT-, a fost conceput un nou AMP, numit peptida 1 orientată mitocondrială (MTP1). În mod specific, peptida 15-mer s-a dovedit a fi foarte stabilă într-un interval larg de pH (2-10) și temperatură (15-90 C), pentru perioade prelungite de incubație.
Mai mult decât atât, MTP1 și-a asumat structurile alfa-helix/beta-sheet, în soluțiile de membrană celulară imitate, după cum s-a relevat prin analize CD. În cele din urmă, compusul a prezentat o activitate bactericidă semnificativă împotriva Listeria monocytogenes, unul dintre cei mai importanți agenți patogeni de origine alimentară.
Materiale și metode
În studiul efectuat s-au utilizat următoarele metode:
-Tratamentul cu plasmă (Pentru tratamentul cu plasmă și imobilizarea ulterioară a peptidelor, filmele PET au fost tăiate în bucăți în formă de disc.)
-Măsurările unghiului de contact cu apa (Unghiurile de contact cu apa (WCA) au fost măsurate în condiții statice prin metoda picăturii sesile utilizând un sistem OCA 15EC-DataPhysics Instruments GmbH, Filderstadt, Germania)
-Spectroscopie în infraroșu cu metoda Fourier (Măsurătorile spectroscopiei în infraroșu transformate Fourier în modul de reflexie totală atenuată (ATR-FTIR) au fost efectuate în intervalul spectral 4000–650 cm – 1 cu o rezoluție de 4 cm – 1, utilizând un spectrometru Thermo-Nicolet Continuum XL Thermo Scientific, United State).
-Procedura de imobilizare MTP1 (După expunerea la plasma de oxigen, filmele PET pre-activate au fost incubate într-o soluție MTP1 cu o concentrație de 50 μM preparată în tampon de fosfat de sodiu PB; 10 mM), pH = 7,0 timp de 24 ore la 25 C.)
-Analiza randamentului de imobilizare a polimerilor PET (Analiza randamentului de imobilizare a MTP1 pe PET-urile pre-activate a fost realizată utilizând un sistem de cromatografie lichidă de înaltă performanță în fază inversă RP-HPLC-Shimadzu, Milano, Italia).
-Test de eliberare (Cantitatea de MTP1 eliberată de pe discurile PET pre-activate a fost testată prin RP-HPLC urmând aceeași procedură descrisă anterior)
-Testarea duratei de valabilitate a produselor lactate s-a făcut pe un total de trei probe aleatorii de brânză ricotta de bivoliță (200 g).
-Testarea termenului de valabilitate pe carnea de vită (S-a ales bivolul un exemplar sacrificat într-un abator autorizat al UE, la 34 de luni și o greutate vie de aproximativ 470 kg.)
-Analize fizico-chimice (PH-ul probelor a fost măsurat folosind un pH-metru digital Crison-Micro TT 2022, Crison Instruments, Barcelona, Spania)
Au mai fost efectuate: Analiza reologică, evaluarea senzoriala, testul de citotoxicitate și analizele statistice.
Rezultate și discuții
În acest studiu, a fost dezvoltată o platformă de imobilizare pe suprafețele PET prin utilizarea AMP MTP1 caracterizată anterior (Palmieri și colab., 2016), expunând discurile PET la o plasmă rece de radiofrecvență prin schimbarea parametrilor principali ai procesului, inclusiv timpul de expunere la O2 ( T), puterea RF și concentrația / presiunea parțială (P) a oxigenului molecular O2.
Pentru a evalua hidrofilicitatea suprafeței lamelelor PET după tratamente, s-au efectuat măsurători ale unghiului de contact cu apa (WCA). Înainte de activare, WCA sa dovedit a fi de 89 ± 3 C, confirmând natura hidrofobă a suprafeței PET, în timp ce după tratamentul cu plasmă efectuat în condiții experimentale optime (50 W și 10 s timp de expunere), contactul unghiul a fost redus la 76 ± 2 C, demonstrând că procesul plasmatic a crescut semnificativ hidrofilitatea suprafeței.
Este important să rețineți că, atunci când s-au aplicat valori mai mari ale puterii RF (RF = 300 W) și timpi de expunere lungi (T = 100-300 s), a fost detectabilă o schimbare macroscopică a rugozității suprafeței PET, care indică un material. proces de degradare.
Ulterior procedurii de plasmă, probele de PET au fost incubate timp de 24 de ore în soluție tampon MTP1. Eficiența reacției de cuplare cu MTP1 a fost confirmată de o creștere puternică a hidrofilicității suprafeței, după cum se indică prin scăderea pronunțată a valorii WCA (36 ± 3 C). Acest fenomen s-a datorat reacției grupărilor chimice libere de peptide (de obicei -COOH și -NH2) cu grupările reactive (-COOH, -OH) generate pe suprafața PET prin activarea plasmei (De Stefano și colab., 2009).
Valori identice
Pe de altă parte, probele de PET care nu au fost pretratate prin plasmă rece cu radiofrecvență și incubate în aceleași condiții în prezența MTP1, au arătat aceeași valoare a WCA (75 ± 1 C) a polimerului pre-activat, corespunzând nespecificului neglijabil adsorbția peptidei pe suprafața PET.
FTIR a fost, de asemenea, utilizat pentru a confirma succesul bio-conjugării MTP1 pe discurile PET. Spectrul ATR-FTIR al PET neactivat a afișat diferite vârfuri principale corespunzătoare întinderii legăturilor C – C, C – H și C – O.
După tratamentul cu plasmă, a fost detectată prezența vârfurilor grupului -OH în spectrele FTIR, în concordanță cu creșterea umectabilității suprafeței cuantificată prin măsurători WCA.
Apariția semnalelor de absorbție caracteristice ale peptidei, inclusiv benzile Amida I și Amida II, care apar din legăturile peptidice care leagă reziduurile de aminoacizi (O = C-NH) din secvența MTP1, au confirmat legătura covalentă a peptidă pe suprafața PET.
Mai exact, banda Amide I situată între 1650–1560 cm – 1 este produsă în principal de vibrația de întindere C = O a legăturii peptidice, în timp ce absorbția asociată cu banda Amida II la frecvențe mai mari în intervalul 1580–1490 cm – 1 a condus în primul rând la vibrațiile de îndoire ale legăturii N – H. Probele de control care nu au fost supuse tratamentului cu plasmă rece la radiofrecvență și incubate într-o soluție apoasă de peptide au prezentat un spectru FTIR aproape identic.