Feasibility of eugenol encapsulated poly (lactic acid) (PLA) films via electrospinning as a novel delivery system for volatile compounds in food packaging systems

Abstract

Food safety and quality are important issues in food industry. The aim of this research was to evaluate the feasibility of delivering eugenol via poly(lactic) acid (PLA) emulsion fibers-grafted PLA films with bacterial cellulose into the package headspace. For this purpose, first, bacterial cellulose crystals as a natural carrier for eugenol were produced. The influence of hydrolysis temperature, time, and acid to cellulose ratio, acid concentration and type with the addition of the neutralization step on the structure, and the properties of bacterial cellulose crystals were studied. Nanocrystals, which had high thermal stability and high crystallinity bacterial cellulose, were produced. Bacterial cellulose stabilized oil-in-water Pickering emulsions were produced as carriers for eugenol. The emulsion formulations consisting of cellulose fibers and crystals, eugenol, and surfactants were characterized for food packaging applications. PLA films were produced with obtained eugenol emulsions and poly(lactic) acid which were obtained via the electrospinning method. The produced films revealed a significant antibacterial effect on L. innocua, and E. coli inoculated tomato stem scars as real food model. The fabricated films also had significant antifungal activity on B.cinerea inoculated table grapes. Developed novel biodegradable-PLA cellulose composite films had a great potential for delivering bioactive volatile compounds for intelligent food packaging applications. The findings of this research supports the technical feasibility of delivering eugenol for antimicrobial active packaging applications via electrospun fibers.

Gıda güvenliği ve kalitesi gıda endüstrisinin en önemli konularındandır. Bu çalışmanın amacı eugenol enkapsüle edilmiş poli(laktik) asit emülsiyon lifleri ile aşılanmış PLA filmlerinin gaz fazındaki bioaktif bileşiklerin paketlenmiş gıda tepeboşluğuna taşınımının uygulanabilirliğini test etmektir. Bu amaç için üretilen bakteriyel selüloz kristallerinin (BSK) yapı ve özelliklerine hidroliz sıcaklığı ve zamanı, asit selüloz oranı, asit konsantrasyonu ve türüne, nötralizasyon basamağının eklenmesinin etkileri test edilmiştir. Yüksek kristal yapılı ve sıcaklığa dayanıklı BSK’ler üretilmiştir. Bakteriyel selüloz ile stabilize edilmiş su içinde yağ emülsiyonları eugenol’ün taşınımı için üretilmiştir. Selüloz fiberleri ve kristalleri, eugenol ve yüzey etkin bileşiklerden oluşan emülsiyon formülasyonları gıda ambalaj uygulamaları için karakterize edilmiştir. PLA filmleri eugenol emülsiyonları ve poli(laktik) asit ile birlikte elekroeğrime yöntemi ile üretilmiştir. Üretilen filmler, gıda modeli olarak, L. innocua, ve E. coli aşılanmış domates sap yaralarına karşı önemli antimikrobiyal etki göstermiştir. Filmler ayrıca B.cinerea inoküle edilmiş üzümler üzerine de önemli antifungal etki gösterdiği saptanmıştır. Geliştirilen yeni biyobozunur PLA selüloz kompozit filmler, gaz fazındaki bioaktif bileşiklerin akıllı gıda ambalajlama uygulamaları ile birlikte taşınımının büyük bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Bu çalışmanın sonuçları eugenol’ün gaz fazının paketlenmiş gıdalara elekroeğirme yöntemi ile üretilen fiberler ile taşınımının teknik olarak uygulanabilirliğini desteklemektedir.