تازه ها در میکروب شناسی دامپزشکی

تازه ها در میکروب شناسی دامپزشکی

توسعه و بررسی عملکرد فیلم کیتوزان/آلیزارین به عنوان بسته‌بندی هوشمند با خواص ضدمیکروبی، آنتی‌اکسیدانی و حساس به pH

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه بهداشت مواد غذایی،واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی ،شهرکرد، ایران
2 مرکز تحقیقات تغذیه و محصولات ارگانیک، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران.
3 عضو هیات علمی و دانشیار گروه بهداشت مواد غذایی؛دانشکده دامپزشکی؛دانشگاه آزاد اسلامی کرج؛البرز؛ایران
چکیده
فیلم‌های نشانگر تغییر رنگ دهنده حساس به pH برای سیستم‌های بسته‌بندی هوشمند ضروری هستند. آلیزارین، یک رنگدانه آلی با خواص حساس به تغییرات ­pH، به عنوان نشانگر بصری در بسته‌بندی‌های هوشمند مورد توجه محققان قرار گرفته است. بنابراین، این مطالعه با هدف توسعه و بررسی عملکرد فیلم هوشمند کیتوزان/آلیزارین به‌عنوان یک سامانه بسته‌بندی فعال با قابلیت حساسیت به تغییرات pH، و ارزیابی فعالیت ضد‌میکروبی و آنتی­اکسیدانی آن انجام شد. آلیزارین استخراج‌شده از ریشه‌ی روناس با ضریب جذب مولی ε=5.5 و مقدار 43/3 میلی‌گرم بر گرم وزن خشک، در ساخت فیلم هوشمند کیتوزان حاوی 3 درصدآلیزارین به‌کار گرفته شد. برهمکنش گروه­های عاملی (FTIR)، مورفولوژی سطح فیلم (SEM) فعالیت ضدمیکروبی (MIC، MBC و قطر هاله عدم رشد) بر پاتوژن‌های غذازاد شامل E. coli،­S. aureus، S.typhimurium و L .monocytogenes ­، فعالیت آنتی­اکسیدانی (DPPH و­ABTS ­) و تغییرات رنگ فیلم هوشمند در pH 1 تا 14 بررسی شد. تحلیل‌های FTIR و SEM نشان دادند که برهم‌کنش میان گروه‌های آمینی کیتوزان و ساختار آروماتیک آلیزارین منجر به تغییرات ساختاری و افزایش ناهمواری سطحی فیلم شد. این فیلم فعالیت ضد‌میکروبی قابل‌توجهی (­­MIC­،MBC و قطر هاله عدم رشد)، در برابر پاتوژن‌های غذازاد نشان داد، به‌ویژه علیه باکتری‌های گرم‌مثبت نشان داد (p<0.05). همچنین، آزمون‌های DPPH و ABTS افزایش معنی‌دار فعالیت آنتی‌اکسیدانی فیلم را تأیید کردند (p<0.05). پاسخ رنگی فیلم در محدوده‌ی pH 1 تا 14 از زرد به بنفش تغییر کرد که نشان‌دهنده‌ی حساسیت بالا به تغییرات محیطی است. در مجموع می­توان گفت فیلم کیتوزان/آلیزارین با عملکرد چندگانه‌ی ضد‌میکروبی، آنتی‌اکسیدانی و حساس به ­pH، یک گزینه‌ی مؤثر و کاربردی برای توسعه‌ی بسته‌بندی‌های هوشمند و ایمن‌سازی مواد غذایی محسوب می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Development and Performance Evaluation of Chitosan/Alizarin Film as a Smart Packaging with Antimicrobial, Antioxidant, and pH-Sensitive Properties

نویسندگان English

Meysam Soleymani Najafabadi 1
Amir Shakerian 2
Zohreh Mashak 3
Ebrahimi Rahimi 2
1 Department of Food Hygiene, Sha.C, Islamic Azad University, Shahrekord, Iran.
2 Research Center of Nutrition and Organic Products, Shahrekord Branch, Islamic Azad University, Shahrekord, Iran
3 Department of food hygiene and quality control;Veterinary college;Islamic Azad University;karaj;Iran
چکیده English

pH-sensitive colorimetric indicator films are essential components of intelligent packaging systems. Alizarin, an organic dye with pH-responsive properties, has attracted attention as a visual indicator in intelligent packaging applications. Therefore, this study aimed to develop and evaluate the performance of an intelligent chitosan/alizarin film as an active packaging system with pH sensitivity, and to assess its antimicrobial and antioxidant activities. Alizarin was extracted from madder root with a molar absorptivity coefficient of ε = 5.5 and a yield of 3.43 mg/g dry weight, and incorporated into chitosan films at a concentration of 3%. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), surface morphology (SEM), antimicrobial activity (MIC, MBC, and IZ) against foodborne pathogens including E. coli, S. aureus, S. typhimurium, and L. monocytogenes, antioxidant activity (DPPH and ABTS), and color changes of the intelligent film were measured at pH 1 to 14 were investigated. FTIR and SEM analyses revealed that interactions between the amino groups of chitosan and the aromatic structure of alizarin led to structural modifications and increased surface roughness of the film. The film exhibited significant antimicrobial activity in MIC, MBC, and inhibition zone tests, particularly against Gram-positive bacteria (p<0.05). Additionally, DPPH and ABTS assays confirmed a significant enhancement in antioxidant activity (p<0.05). The film’s color response varied from yellow to purple across the pH range of 1 to 14, indicating high sensitivity to environmental changes. Overall, the chitosan/alizarin film, with its multifunctional properties—antimicrobial, antioxidant, and pH-responsive—represents a promising and practical candidate for the development of intelligent packaging systems to promote food safety.

کلیدواژه‌ها English

Alizarin
Chitosan
Antibacterial
Antioxidant
pH-sensitive
Smart Packaging
20- Roy S, Rhim JW. Agar-based antioxidant
composite films incorporated with melanin nanopar-
ticles. Food Hydrocolloids. 2019 Sep 1;94:391-8.
21- Vo TV, Dang TH, Chen BH. Synthesis of
intelligent pH indicative films from chitosan/poly
(vinyl alcohol)/anthocyanin extracted from red cab-
bage. Polymers. 2019 Jun 26;11(7):1088.
22- Liang T, Wang H, Shu Y, Khan S, Li C,
Zhang Z. An intelligent film based on self-assembly
of funoran and Ophiopogon japonicus seed
anthocyanins and its application in monitoring
protein rich food freshness. Food Control. 2024 May
1;159:110300.
23- Do KL, Mushtaq A, Zhao F, Su M.
Alizarin old and new: Extraction techniques for
coloration, advances in detection methods for
historical textiles and novel applications as a
functional dye. Coloration Technology. 2024
Feb;140(1):5-29.
24- Anouar EH, Osman CP, Weber JF, Ismail
NH. UV/Visible spectra of a series of natural and
synthesised anthraquinones: experimental and quan-
tum chemical approaches. SpringerPlus. 2014 May
8;3(1):233.
25- Abou Elmaaty T, Sayed-Ahmed K, Magdi
M, Elsisi H. An eco-friendly method of extracting
alizarin from Rubia tinctorum roots under supercriti-
cal carbon dioxide and its application to wool dye-
ing. Scientific Reports. 2023 Jan 2;13(1):30.
26- Derksen GC, Lelyveld GP, van Beek TA,
Capelle A, de Groot Æ. Two validated HPLC
methods for the quantification of alizarin and other
anthraquinones in Rubia tinctorum cultivars. Phyto-
chemical Analysis: An International Journal of Plant
Chemical and Biochemical Techniques. 2004
Nov;15(6):397-406.
27- Machatová Z, Barbieriková Z, Poliak P,
Jančovičová V, Lukeš V, Brezová V. Study of nat-
ural anthraquinone colorants by EPR and UV/vis
spectroscopy. Dyes and Pigments. 2016 Sep
1;132:79-93.
28- Rhim JW, Hong SI, Park HM, Ng PK.
Preparation and characterization of chitosan-based
nanocomposite films with antimicrobial activity.
Journal of agricultural and food chemistry. 2006
Aug 9;54(16):5814-22.
29- Ghanem SN, Marzouk MI, Tawfik ME,
Eskander SB. Spectroscopic approaches for struc-
tural analysis of extracted chitosan generated from
chitin deacetylated for escalated periods. BMC
chemistry. 2025 Jul 16;19(1):214.
30- Duraisamy P, Vinod AR. Extraction,
characterization, antimicrobial activity of chitosan
extracted from crab shell and preparation of chi-
tosan-based bioplastic film for food packaging.
Journal of Advanced Scientific Research. 2022 Feb
28;13(01):263-8.
31- Rinaudo M. Chitin and chitosan: Properties
and applications. Progress in polymer science. 2006
Jul 1;31(7):603-32.
32- Ezati P, Tajik H, Moradi M, Molaei R. In-
telligent pH-sensitive indicator based on starch-cel-
lulose and alizarin dye to track freshness of rainbow
trout fillet. International journal of biological mac-
romolecules. 2019 Jul 1;132:157-65.
33- Gam S, Kalita P, Gogoi B, Bora NS, Roy
S. A review on alizarin-added bio-based smart meat
packaging sensors. Materials Research Express.
2025 Jun 1.
34- Li R, Zhuang D, Feng H, Wang S, Zhu J.
Novel “all-in-one” multifunctional gelatin-based
film for beef freshness maintaining and monitoring.
Food Chemistry. 2023 Aug 30;418:136003.
35- Chang SY, Lai HM. Effect of trisodium cit-
rate on swelling property and structure of cationic
starch thin film. Food Hydrocolloids. 2016 May
1;56:254-65.
36- El Tanahy AH. Antibacterial activity of Ru-
bia tinctorum extracts. Records of Pharmaceutical
and Biomedical Sciences. 2022 Apr 1;6(2):23-8.
37- Azhdarzadeh F, Hojjati M. Chemical com-
position and antimicrobial activity of leaf, ripe and
unripe peel of bitter orange (Citrus aurantium) es-
sential oils. Nutrition and food in health and disease.
2016 Feb 10;3(1):43-50.
38- Muthu M, Gopal J, Chun S, Devadoss AJ,
Hasan N, Sivanesan I. Crustacean waste-derived
chitosan: Antioxidant properties and future perspec-
tive. Antioxidants. 2021 Feb 3;10(2):228.
39- Muñoz-Tebar N, Pérez-Álvarez JA, Fer-
nández-López J, Viuda-Martos M. Chitosan edi-
ble films and coatings with added bioactive com-
pounds: Antibacterial and antioxidant properties and
their application to food products: A review. Poly-
mers. 2023 Jan 12;15(2):396.
40- Sani MA, Zhang W, Abedini A, Khezerlou
A, Shariatifar N, Assadpour E, Zhang F, Jafari
SM. Intelligent packaging systems for the quality
and safety monitoring of meat products: From lab
scale to industrialization. Food Control. 2024 Jun
1;160:110359.
41- Zhao L, Zheng L. A Review on Bioactive
Anthraquinone and Derivatives as the Regulators forROS. Molecules. 2023 Dec 17;28(24):8139.
42- Ezati P, Rhim JW, Moradi M, Tajik H,
Molaei R. CMC and CNF-based alizarin incorpo-
rated reversible pH-responsive color indicator films.
Carbohydrate polymers. 2020 Oct 15;246:116614.
43- Wu Y, Ma Y, Gao Y, Liu Y, Gao C. Poly
(lactic acid)-based pH responsive membrane com-
bined with chitosan and alizarin for food packaging.
International Journal of Biological Macromolecules.
2022 Aug 1;214:348-59.
44- Ma Q, Liang T, Cao L, Wang L. Intelligent
poly (vinyl alcohol)-chitosan nanoparticles-
mulberry extracts films capable of monitoring pH
variations. International Journal of Biological Mac-
romolecules. 2018 Mar 1;108:576-84.
45- Ezati P, Tajik H, Moradi M. Fabrication
and characterization of alizarin colorimetric indica-
tor based on cellulose-chitosan to monitor the fresh-
ness of minced beef. Sensors and Actuators B:
Chemical. 2019 Apr 15;285:519-28.
46- Shankar S, Rhim JW. Preparation of sulfur
nanoparticle-incorporated antimicrobial chitosan
films. Food Hydrocolloids. 2018 Sep 1;82:116-23.
دوره 8، شماره 4
زمستان
زمستان 1404 شناسه مقاله:10.22034/nfvm.2025.538094.1296

  • تاریخ دریافت 08 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 23 مرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 02 آذر 1404