Eine neuartige Verbundfolie, die durch die Verbindung einer antimikrobiellen Schicht mit herkömmlichem, durchsichtigem Polyethylen-Kunststoff hergestellt wird, der typischerweise zum Vakuumverpacken von Lebensmitteln wie Fleisch und Fisch verwendet wird, könnte laut Forschern in Penn dazu beitragen, den Ausbruch lebensmittelbedingter Krankheiten zu verringern Staatliche Hochschule für Agrarwissenschaften.
Die antimikrobielle Beschichtung der Folie besteht aus einem in einem Fermentationsprozess aus Stärkesirup hergestellten Biopolymer auf Pullulanbasis, das bereits für den Einsatz in Lebensmitteln zugelassen ist. Pullulan, ein wasserlösliches „Polysaccharid“, ist im Wesentlichen eine Kette aus miteinander verbundenen Zucker-, Glycerin- und Zellulosemolekülen. Um Krankheitserreger wie Salmonellen, Listerien und pathogene E. coli abzutöten, infundierten die Forscher das Pullulan mit Laurin-Arginat, das aus natürlich vorkommenden Substanzen hergestellt wird und bereits für die Verwendung in Lebensmitteln zugelassen ist.
Die Entwicklung des antimikrobiellen Verbundfilms ist wichtig, da jedes Jahr allein in den USA 76 Millionen Fälle von lebensmittelbedingten Krankheiten auftreten, die nach Angaben der US-amerikanischen Zentren für Krankheitskontrolle und -prävention zu 300.000 Krankenhauseinweisungen und 5.000 Todesfällen führen. Angesichts dieses Problems und des kommerziellen Potenzials dieser Entdeckung hat Penn State ein vorläufiges Patent auf den antimikrobiellen Verbundfilm beantragt.
Der Pullulan-Film verlangsamt die Freisetzung des antimikrobiellen Mittels und gibt es mit einer vorhersehbaren Rate ab, um eine kontinuierliche bakterientötende Aktivität bereitzustellen, erklärte die Forscherin Catherine Cutter, Professorin für Lebensmittelwissenschaften. Sie fügte hinzu, dass das antimikrobielle Mittel ohne Imprägnierung in die Folie von der Oberfläche eines Lebensmittelprodukts wie Fleisch ablaufen würde; oder verdunsten.
Laurinsäure-Arginat wurde als antimikrobielles Mittel ausgewählt, da es sich um eine bemerkenswerte antimikrobielle Verbindung mit breitem Wirkungsspektrum handelt, die sich als äußerst wirksam bei der Abtötung und Begrenzung des Wachstums von Krankheitserregern erwiesen hat, die lebensmittelbedingte Krankheiten verursachen, bemerkte Cutter, stellvertretender Direktor für Lebensmittelsicherheit und -qualität Programme für Penn State Extension.
"Laurinsäure-Arginat ist ein sicherer, völlig ungiftiger Inh altsstoff", sagte sie. „Es wird im menschlichen Körper durch chemische und metabolische Wege hydrolysiert, wodurch es schnell in seine natürlich vorkommenden Bestandteile – Laurinsäure und L-Arginin – zerlegt wird.“
Cutters Forschungsgruppe in der Abteilung für Lebensmittelwissenschaften experimentiert seit einem Jahrzehnt mit antimikrobiellen Filmen aus Pullulan. Aber sie schreibt Abdelrahim Hassan, der die neueste Studie leitete, die Entwicklung eines Verfahrens zu, um die antimikrobielle Schicht auf Pullulan-Basis mit dem Polyethylen-Kunststoff zu verschmelzen – was die Geburt des neuartigen Verbundstoffs ermöglichte. Hassan, der während der Durchführung der Forschung Gastwissenschaftler in Cutters Labor war, ist außerordentlicher Professor für Lebensmittelsicherheit und -technologie an der Beni-Suef-Universität in Ägypten.
"Hassan hat einen Weg gefunden, das Pullulan an Polyethylen zu binden", sagte Cutter. „Er modifizierte die Formulierung von Pullulan und veränderte die Hydrophobie des Kunststoffs. Diese Schritte waren wichtig, weil Polyethylen alles abstößt – nichts daran haftet. Die Herausforderung war also, wie wir Pullulan dazu bringen könnten, daran zu haften.“
Bevor sie sich für Lauric Arginate entschieden, experimentierten die Forscher mit anderen antimikrobiellen Wirkstoffen in Lebensmittelqualität, die in die antimikrobielle Schicht eingearbeitet wurden, wie Thymol und Nisin. Die antimikrobielle Aktivität der resultierenden Verbundfolien wurde gegen Cocktails von Shiga-Toxin produzierenden E. coli, Salmonella spp., Listeria monocytogenes und Staphylococcus aureus.
"Filme mit Nisin waren unwirksam; Thymol zerstörte einige Krankheitserreger, andere nicht; und Laurin-Arginat hemmte das Wachstum der vier Arten von Bakterien", sagte Hassan.
Basierend auf diesen vorläufigen Ergebnissen, Shiga-Toxin produzierende E. coli, Salmonella spp., Listeria monocytogenes und Staphylococcus aureus wurden experimentell auf rohes Rindfleisch, rohe Hühnerbrust und verzehrfertige Putenbrust geimpft, mit der antimikrobiellen Verbundfolie vakuumverpackt, versiegelt und bis zu 28 Tage lang gekühlt gelagert.
In Ergebnissen, die heute (20. Januar) im International Journal of Food Microbiology veröffentlicht wurden, berichteten Hassan und Cutter, dass der antimikrobielle Verbundfilm, der Lauric-Arginat enthält, die durch Lebensmittel übertragenen Krankheitserreger auf den experimentell inokulierten Oberflächen der rohen und gebrauchsfertigen Lebensmittel signifikant reduzierte -Muskelnahrung nach gekühlter Lagerung essen.
Cutter glaubt, dass die Ergebnisse dieser Forschung für die Verpackungs- und Muskelnahrungsindustrie sowie für Regulierungsbehörden von Interesse sein werden, die versuchen, Krankheitserreger in der Lebensmittelversorgung zu reduzieren. Obwohl vor nicht allzu langer Zeit gedacht wurde, dass Biopolymere Kunststoff in Lebensmittelverpackungen vollständig ersetzen könnten, ist Cutter der Ansicht, dass die zusammengesetzte Natur des antimikrobiellen Films immer noch benötigt wird.
"Polyethylen weist viele wünschenswerte Eigenschaften auf, wie Festigkeit, Transparenz, Gasdurchlässigkeit und Wasserbeständigkeit", sagte sie. „Die neuartige Verbundfolie kann uns antimikrobielle Eigenschaften verleihen und gleichzeitig die Festigkeit und alle anderen wünschenswerten Eigenschaften von Polyethylen bieten, nach denen die Industrie noch immer sucht.“
Zukünftige Forschungen in Cutters Labor werden auswerten, wie sich die antimikrobielle Verbundfolie auf die H altbarkeit von Lebensmitteln auswirkt, und die Verbraucherwahrnehmung und Akzeptanz der neuartigen Folie untersuchen.
