Síntesis de películas activas de envasado a partir de compuestos de goma Lepidium sativum/alcohol polivinílico y su aplicación en la conservación del queso cheddar

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 1647 (2023) Citar este artículo

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El interés por los envases activos para prolongar la vida útil de los alimentos ha aumentado últimamente. Además, el impacto negativo de los desechos plásticos sintéticos en el medio ambiente motivó a los investigadores a buscar alternativas de base biológica. En este contexto, se preparó una película de embalaje activa hecha de un compuesto compuesto por extracto de Lepidium sativum (LSE), alcohol polivinílico (PVA) y una cantidad fija de poliamida amina hiperramificada (PAMAM). Se investigaron las propiedades químicas, térmicas y mecánicas de la película. Además, examinamos los constituyentes del extracto y sus propiedades antioxidantes. Las muestras de queso cheddar se recubrieron con películas de diferentes composiciones. Las muestras recubiertas con películas de empaque activas mostraron un mayor tiempo de conservación de hasta 4 semanas en comparación con otras muestras, que se deterioraron notablemente. Las películas mostraron una potente actividad antimicrobiana contra cinco bacterias transmitidas por los alimentos: tres bacterias gramnegativas, incluidas Escherichia coli O157.H7, Pseudomonas aeruginosa y Salmonella Typhimurium, y dos bacterias grampositivas, Listeria monocytogenes y Staphylococcus aureus. La aplicación de películas de PVA que contenían LSE mejoró la calidad microbiológica y retrasó la descomposición visible del queso cheddar. La oxidabilidad de la grasa extraída de diferentes muestras de queso fue de 0,40 a 0,98, lo que confirma la resistencia a la oxidación. Finalmente, las muestras de queso recubiertas con películas tratadas se protegieron de la formación de grasas trans en comparación con otras muestras, lo que demuestra la eficacia de las películas modificadas como envases antioxidantes, antimicrobianos y conservantes de alimentos.

Los materiales de embalaje basados ​​en recursos biológicos son de creciente interés como alternativas sostenibles a los polímeros a base de petróleo que generan enormes cantidades de desechos plásticos. Se han realizado esfuerzos para desarrollar materiales de embalaje biodegradables con propiedades comparables a las de los materiales sintéticos1,2. Los investigadores y los productores de envases de la industria alimentaria están investigando alternativas abundantes, de bajo costo y biodegradables a los envases de plástico para reducir las emisiones de CO23. Las plantas contienen compuestos beneficiosos biológicamente activos que se utilizan en las industrias farmacéutica, alimentaria o cosmética. Estos compuestos incluyen fenoles y flavonoides que tienen propiedades antimicrobianas y antioxidantes. Se pueden utilizar en el envasado de alimentos como recubrimiento comestible3 o como película de envasado para prolongar la vida útil de los alimentos y evitar que se echen a perder5. Lepidium sativum, o semilla de berro, es un miembro de la familia Cruciferae que crece en Egipto, Europa y otras partes del mundo4. Las semillas se han utilizado en medicina tradicional para tratar hepatotoxicidad, asma, fracturas, hiperglucemia y enuresis7,8. La goma de L. sativum se puede extraer como extracto de L. sativum (LSE) usando solventes como agua, etanol y CO2 supercrítico. Los resultados del fraccionamiento de los hidrocoloides extraídos demostraron que las fracciones tenían diferentes propiedades fisicoquímicas y funcionales5,6,7,8. Adicionalmente, se ha realizado una investigación de composición de azúcares, contenido de ácido urónico, grupos funcionales y pesos moleculares8. El fraccionamiento paso a paso con agua ilustró que la composición química, incluidos los niveles de monosacáridos, humedad, cenizas, nitrógeno, carbono y ácido urónico, de las fracciones varió significativamente. Las aplicaciones potenciales de las fracciones de goma de semilla de berro se encuentran en emulsiones alimentarias y sistemas de espuma como espesante y estabilizador.

El queso es un alimento popular listo para comer que se consume sin tratamiento térmico y su valor nutricional depende principalmente de las características de la leche y la tecnología de producción. Los nutrientes esenciales, incluidas las proteínas, los péptidos bioactivos, los aminoácidos, las grasas, los ácidos grasos (AG), las vitaminas y los minerales, se encuentran en el queso9. La grasa láctea es la grasa más compleja de la dieta humana, ya que contiene más de 400 FA diferentes10. Sin embargo, los AG saturados (SFA) son la clase predominante de AG en la grasa láctea e incluyen AG de cadena corta (SCFA), AG de cadena media y larga, así como AG impares10,11. La mejor fuente de ácidos grasos trans naturales, como el ácido vaccénico (trans11 C18.1) y el ácido linoleico conjugado (cis9 trans11 C18.2), es la grasa láctea, que exhibe propiedades favorables en comparación con los ácidos grasos trans artificiales en aceites parcialmente hidrogenados12.

Actualmente, los patógenos más importantes en la industria alimentaria son Salmonella, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus y Escherichia coli O157.H7. Se sabe que estos patógenos están asociados con brotes de enfermedades transmitidas por alimentos que causan enfermedades en alrededor de 600 millones de personas en todo el mundo cada año13. El queso puede ser portador de bacterias transmitidas por los alimentos, como E. coli productora de toxina Shiga, L. monocytogenes, Salmonella spp. y S. aureus14. El desarrollo de moho puede plantear un problema de salud debido a la probabilidad de que algunas especies de moho secreten micotoxinas15. La contaminación cruzada con bacterias transmitidas por los alimentos puede ocurrir en el queso durante la manipulación y el almacenamiento. El deterioro visible del queso suele comenzar en partes superficiales del queso16; por lo tanto, proteger la superficie del queso de la contaminación microbiana es una estrategia efectiva para eliminar la contaminación cruzada y el deterioro17.

El empaque activo antimicrobiano mejora la calidad microbiológica, prolonga la vida útil y limita la contaminación cruzada de bacterias patógenas. Por lo general, estas películas activas se diseñan incorporando antimicrobianos, como ácidos orgánicos, enzimas, bacteriocinas y extractos naturales, en materiales de empaque para controlar la liberación de agentes antimicrobianos a la superficie de los alimentos18. Karamkhani et al.19 describieron la incorporación de L. sativum en una película comestible que contenía diferentes proporciones de carvacrol. El recubrimiento comestible se usó para proteger y mejorar la vida útil de los camarones de cultivo refrigerados. Las películas mostraron propiedades antimicrobianas y antioxidantes mejoradas a medida que aumentaba la proporción de carvacrol.

Este estudio investigó las propiedades antioxidantes y antimicrobianas de películas de embalaje compuestas de alcohol polivinílico (PVA), LSE y una cantidad fija de poliamida amina hiperramificada (PAMAM) como plastificante. Se estudiaron las propiedades químicas, mecánicas y térmicas de las películas preparadas. Las películas se utilizaron para conservar el queso cheddar. Después del envasado, se investigaron las propiedades biológicas de las películas y la calidad del queso.

Las semillas de L. sativum se cultivaron en Egipto y se compraron en el mercado local de El Cairo. Las semillas fueron autenticadas en el Herbario del Departamento de Química y Sistemática de Plantas, Centro Nacional de Investigación (NRC), Egipto. El PVA (grado de polimerización = 1700–1800) se obtuvo de Qualikms Fine Chemicals Pvt. Ltd., Nueva Delhi, India. El PAMAM hiperramificado se preparó y caracterizó internamente según una referencia20. Todos los disolventes se usaron tal como se recibieron. En este estudio se utilizaron cinco especies de bacterias transmitidas por los alimentos, incluidas tres cepas gramnegativas, E. coli O157.H7 cepa 93,111, P. aeruginosa ATCC 9027 y S. Typhimurium ATCC 14,280, y dos cepas grampositivas, L. monocytogenes ATCC 7644 y S. aureus ATCC 25,923. Todas las cepas se almacenaron a -20 °C en un caldo de triptona y soja que contenía un 15 % de glicerol. El Departamento de Microbiología de la Facultad de Agricultura de la Universidad de El Cairo proporcionó generosamente todas las cepas bacterianas.

Las semillas de LS (5 g) se empaparon en agua y se incubaron durante la noche. El extracto se separó por filtración y se utilizó para preparar las soluciones de fundición. Se disolvió una cantidad apropiada de PVA en agua caliente, se mezcló un volumen definido de la solución de PVA con LSE de acuerdo con la proporción presentada en la Tabla 1. Se agitó completamente con un agitador magnético. Se añadieron 0,5 g de PAMAM como plastificante y 0,5 g de ácido cítrico para la reticulación. La solución se mezcló bien. Luego, las burbujas de aire se eliminaron con vacío. La solución se vertió en platos de vidrio y se dejó secar a temperatura ambiente y luego en estufa a 60 °C.

La capacidad antioxidante de las películas activas preparadas se midió según un método descrito en otra parte21. La solución de 2,2 difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH) recién preparada (6 × 10-5 M en metanol) se agitó y se dejó a temperatura ambiente durante 30 min en la oscuridad. Las muestras de película (alrededor de 0,2 g) se pesaron en un tubo de vidrio (30 ml) y se agregaron a una solución de 4 ml de DPPH (diluida). El porcentaje de inhibición de DPPH se determinó midiendo la absorbancia de las muestras a 517 nm. También se midió la muestra de control (sin película). El porcentaje de inhibición de los radicales DPPH se calculó utilizando la siguiente ecuación:

donde A es la absorbancia.

Las propiedades antimicrobianas de las películas se evaluaron según22. Las películas se esterilizaron con luz ultravioleta durante 30 min por cada lado y se insertaron 0,15 g de cada película en una microplaca de 24 pocillos. Se agregaron 2 ml de caldo nutritivo a cada pocillo, luego se inocularon con 20 µl de cultivo bacteriano (se incubaron durante 24 h a 37 °C) y se diluyeron hasta una concentración final de ≈106 CFU/mL, determinada por conteo. La prueba se realizó por triplicado. Después de una incubación de 24 h a 37 °C, se determinó el recuento bacteriano de cada muestra mediante el método de gota en placa23.

El queso cheddar se cortó en rebanadas cuadradas iguales de 4 × 4 cm y se fijaron películas de las mismas dimensiones en los lados superior e inferior. Estos se mantuvieron en cajas de Petri desechables de 60 mm, selladas con parafilm y almacenadas en un refrigerador a 4 °C. Las muestras de queso se dividieron en tres grupos: (C) sin película (B) cubierto con película y (T) cubierto con película A1. El análisis microbiológico se realizó semanalmente siguiendo los recuentos de mesófilos totales, levaduras psicrotróficas, mohos y coliformes. Se picaron asépticamente diferentes muestras de queso y luego se transfirieron 10 g de cada una a 90 ml de soluciones esterilizadas de citrato trisódico (2 % p/v) y se homogeneizaron con un Stomacher durante 1 min. Se realizaron diluciones decimales con solución salina esterilizada. Las bacterias mesófilas y psicrótrofas totales se enumeraron en un agar de recuento en placa estándar (Aldrich) después de la incubación a 30 °C durante 48 h y 7 días a 4 °C, respectivamente. Se utilizó agar patata dextrosa (Conda España) acidificado con una solución de ácido láctico al 1% al 1% (p/v) para el recuento de levaduras y mohos después de la incubación a 25 °C durante 5 días. El recuento de coliformes se determinó utilizando una doble capa de agar bilis rojo violeta incubada a 37 °C durante 24 h.

Se observaron quince muestras de queso en cada grupo de tratamiento para detectar crecimiento microbiano visible. Se contó el número de muestras de queso en mal estado y se calculó el porcentaje de deterioro dividiendo el número de muestras en mal estado por el número total de muestras de queso en cada grupo de tratamiento24.

Los datos experimentales se evaluaron mediante análisis de varianza (ANOVA) y la prueba de Duncan, y se utilizó el software CoSTAT para detectar diferencias significativas entre las medias de tres repeticiones en p < 0,05.

Se utilizó la técnica de Folch25 para la extracción de grasa de los quesos evaluados. Cada muestra se molió de manera homogénea. Aproximadamente 3 g del material se transfirieron a un vaso de precipitados de 100 mL y se homogeneizaron durante 1 min con 30 mL de metanol (IKA Ultra-Turrax®T18 digital). A continuación, se añadieron 30 mL de cloroformo y se repitió la operación durante otros 2 min. Se utilizó un vaso de precipitados de vidrio de 250 mL para filtrar el líquido producido. El residuo sólido se homogeneizó durante 3 min en una mezcla de 60 ml de cloroformo:metanol (2:1 v/v). La mezcla se vertió en un solo cilindro. El filtrado completo se añadió a una solución de NaCl2 al 0,88 % en agua (determinando 14 volúmenes de filtrado), se agitó y se dejó durante la noche. Se eliminó la capa superior y se añadió una combinación de agua y metanol (1:1 v/v) a la capa inferior antes de repetir el lavado. La capa residual se filtró con sulfato de sodio anhidro sobre papel de filtro y luego se destiló el disolvente.

El valor de Cox de los aceites se calculó a partir del porcentaje de ácidos grasos según Fatemi y Hammond26 utilizando la siguiente ecuación:

La estructura química de los materiales preparados se estudió con un instrumento Bruker VERTEX 80 ATR-FTIR (Alemania) combinado con Platinum Diamond ATR, que comprende un disco de diamante. El reflector interno tiene un alcance de 400–4000 cm−1 con una resolución de 4 cm−1 y un índice de refracción de 2,4. La estabilidad térmica se investigó utilizando un analizador termogravimétrico (TGA), con un rango de calentamiento desde temperatura ambiente hasta 700 °C y una velocidad de calentamiento de 10 °C/min bajo una atmósfera de N2. Las propiedades mecánicas de las películas se midieron con un probador mecánico INSTRON, se midieron cinco muestras para cada película. El análisis UV se midió utilizando un espectrofotómetro (Shimadzu, Alemania). La huella dactilar del extracto se investigó usando análisis HPLC usando un Agilent 1260 series. La separación se llevó a cabo utilizando una columna Eclipse C18 (4,6 mm × 250 mm id, 5 μm). La fase móvil consistió en agua (A) y ácido trifluoroacético al 0,05 % en acetonitrilo (B) a un caudal de 1 ml/min. La fase móvil se programó consecutivamente en un gradiente lineal de la siguiente manera: 0 min (82% A); 0–5 min (80% A); 5–8 min (60% A); 8-12 min (60% A); 12–15 min (85 % A) y 15–16 min (82 % A). El detector de múltiples longitudes de onda se controló a 280 nm. El volumen de inyección fue de 10 μl para cada una de las soluciones de muestra. La temperatura de la columna se mantuvo a 35 °C.

La composición de ácidos grasos se determinó utilizando los procedimientos descritos por Zahran y Tawfeuk27. Los ésteres metílicos de ácidos grasos de las muestras de aceite se analizaron para determinar sus constituyentes mediante GLC-FID (cromatografía de gases HP 6890 ocupada con detector de ionización de llama, Hewlett Packard, EE. UU.). El volumen de inyección fue de 1 μL con una relación de división de 50,1. Se utilizó una columna capilar Supelco™ SP-2380 (60 m × 0,25 mm × 0,20 μm, Sigma-Aldrich, EE. UU.) y las temperaturas del detector e inyector se ajustaron a 250 °C. El programa térmico se inició a 100 °C y se elevó a 230 °C a razón de 15 °C/min (mantener durante 30 min). El gas portador fue helio a un caudal de 1,2 mL min−1.

No aplica para este estudio. Confirmar que toda la investigación experimental, incluida la recolección de material vegetal, cumple con las directrices y leyes institucionales, nacionales e internacionales pertinentes.

Se extrajo LSE acuosa de la semilla entera con agua destilada a temperatura ambiente. El sencillo procedimiento de extracción arrojó compuestos naturales de actividad antimicrobiana y baja citotoxicidad28. La composición del extracto obtenido se analizó mediante HPLC. Se detectaron doce compuestos fenólicos en el extracto de semilla (Cuadro 2). La rutina, el ácido sinápico y el ácido p-hidroxibenzoico fueron los compuestos fenólicos más abundantes en los extractos acuosos de semilla de berro, de acuerdo con29 Abdel-Aty et al. y Kaiyrkulova et al.30.

Se prepararon películas independientes de mezclas de LSE/PVA de acuerdo con el Esquema 1. Aunque el PVA actuó como una matriz de retención adecuada para el extracto, era necesario identificar la concentración óptima de PVA para obtener una película de alta calidad. Los primeros ensayos para la preparación de películas no tuvieron éxito debido a la alta rigidez de las películas formadas. Las concentraciones de las soluciones de PVA y su relación con el extracto se muestran en la Tabla 2. La película F1 contenía una solución de PVA al 10 %, y esta cantidad se redujo al 5 % en F2. La primera película fue mucho mejor que la segunda. Sin embargo, la película F3 contenía la misma cantidad de PVA que la F2 pero el doble de extracto, lo que empeoró su apariencia y propiedades mecánicas. Los polímeros hiperramificados son una clase de macromoléculas caracterizadas por su baja viscosidad en solución y en estado fundido y la presencia de muchos terminales funcionales31. Por lo tanto, se añadió PAMAM hiperramificado en pequeñas cantidades a las formulaciones de película por varias razones. Puede actuar como plastificante y por lo tanto mejorar las propiedades mecánicas de la película, no es tóxico32 y sus grupos terminales amino pueden tener actividad biológica (su estructura se muestra en el Esquema 1).

Pasos de preparación para lograr películas independientes aptas para el envasado de alimentos.

La estructura química de PAMAM se investiga usando FTIR y el espectro que se muestra en la Fig. 1A reveló bandas en 3388 y 3279 cm−1 correspondientes a los grupos NH y NH2 respectivamente y bandas para CH alifático en 2933 y 2836 cm−1. Se puede observar una banda para la amida C=O a 1629 cm−1 mientras que la banda de NH–CO aparece a 1560 cm−1. La estructura química de las películas preparadas se estudió mediante FTIR y los espectros se muestran en la Fig. 1B. Las tres películas investigadas comprendían PVA puro (A), A1 y A2. La banda a 3300 cm−1 se atribuye al grupo OH, y las bandas que aparecen a 1725 cm−1 son características de C=O (un grupo éster) formado debido a la reacción de entrecruzamiento del ácido cítrico y el PVA33. Además, el espectro de la película A2 mostró bandas más grandes y superpuestas en 1490–1620 cm−1 correspondientes a C–O, C–OH y C–C debido a los flavonidos en el LSE34,35. Estos aparecen fuertemente ya que esta formulación contiene una mayor cantidad de extracto en comparación con la matriz de PVA. El ensanchamiento de las bandas se puede atribuir a las interacciones intermoleculares e intramoleculares con las cadenas de PVA sin reacción química36. Cabe señalar que las bandas características de PAMAM están todas superpuestas por las bandas de polímero y LSE debido a la pequeña cantidad de PAMAM utilizado en las formulaciones de las películas.

Espectros FTIR de: (A) PAMAM y (B) películas preparadas.

La estabilidad térmica de las películas preparadas se estudió usando TGA y los resultados se muestran en la Fig. 2. En general, todas las muestras mostraron más de un paso de degradación y fueron térmicamente estables hasta casi 300 °C, excepto la película A3. El primer paso de degradación alrededor de 120 °C se puede atribuir a la pérdida de agua. Sin embargo, una cantidad creciente del extracto en las formulaciones de película disminuyó su estabilidad térmica, como se observó a partir de la pérdida de peso del 10% (Tabla 2). El orden de estabilidad térmica de la película fue A > A1 > A2 > A3. Sin embargo, la película A3 mostró una degradación térmica temprana entre 200 y 290 °C, lo que puede atribuirse a la degradación de LSE. Anteriormente se informó que la degradación de la goma de semilla de berro puede ocurrir a temperaturas superiores a 200 °C debido a la desintegración de las cadenas de polisacáridos macromoleculares (10). Se puede observar un último paso de degradación a 300 relacionado con las cadenas de PVA.

TGA de las películas de embalaje A1, A2 y A3 en comparación con la película A pura.

Estudiar las propiedades mecánicas de una película de empaque es esencial para evaluar el desempeño de la película. Se investigaron las propiedades mecánicas representadas en la resistencia a la tracción (TS) y el porcentaje de desplazamiento (D) de los compuestos. Los resultados del análisis de TS mostraron que el aumento de la cantidad de LSE en la composición de la película redujo la TS de la película obtenida. Los compuestos polifenólicos pueden formar enlaces de hidrógeno con los grupos amino e hidroxilo en la matriz polimérica o el plastificante, debilitando las interacciones intermoleculares que estabilizan las cadenas poliméricas (Cuadro 2). Además, los valores obtenidos para D mostraron la misma tendencia decreciente, notándose que la diferencia en los valores entre A1 y A2 es muy pequeña. Este resultado se puede atribuir a la presencia de aglomeraciones que crean vacíos entre la matriz polimérica (PVA) y el extracto, lo que facilita la fractura de la muestra37. La película A3 estaba compuesta por un 75 % de LSE y un 25 % de PVA, por lo que era más delgada que las demás y fácil de romper y, en consecuencia, no podía medirse con el probador mecánico.

La investigación de la morfología de la superficie de la película demostró que la película A1 tiene una superficie lisa y homogénea, a diferencia de la película A2, que reveló agregados y pequeñas grietas (Fig. 3). La superficie heterogénea observada de A2 se puede atribuir a una menor cantidad de PVA, que funciona como matriz de retención para el extracto. Además, pueden ocurrir cambios estructurales en las células vegetales en las películas secadas al aire38. Por tanto, el secado al aire facilita la transferencia de masa a través de la matriz sólida28.

Imágenes SEM de las muestras A, A1 y A2 (X = 6000).

Las actividades antioxidantes de las películas compuestas de PVA/PAMAM cargadas con LSE en diferentes proporciones (A1, A2 y A3), como se muestra en la Tabla 2, se evaluaron mediante un ensayo de captación de radicales libres DPPH. Las muestras tratadas se compararon con la película A pura. La actividad eliminadora de DPPH (un radical libre estable) en presencia de diferentes películas se determinó monitoreando la disminución de sus valores de absorbancia a 517 nm. Como se muestra en la Fig. 4, la película (A3) exhibió una mayor actividad antioxidante, seguida de A2 y A1, en comparación con la película A pura. Esto se puede atribuir a la capacidad de LSE para donar átomos de hidrógeno activos o transferir electrones para reducir la DPPH. La actividad antioxidante significativamente mayor de la película A3 también se puede atribuir a la mayor concentración de LSE en la formulación de la película.

Porcentaje de inhibición de diferentes películas preparadas.

La actividad antimicrobiana de diferentes películas se probó contra cinco bacterias transmitidas por los alimentos (Fig. 5). La película A de PVA no afectó a los recuentos de bacterias en comparación con el control. La película A1 tuvo actividad antimicrobiana contra todas las bacterias probadas excepto S. Typhimurium (p < 0,05). Además, A2 poseía actividad antimicrobiana contra todas las bacterias probadas. A3 suprimió por completo E. coli y L. monocytogenes. El efecto antimicrobiano de diferentes películas que contienen diferentes concentraciones de LSE se ordena de la siguiente manera: A3 > A2 > A1. La actividad antimicrobiana de la LSE podría deberse a su alto contenido de rutina, que tiene una actividad antimicrobiana muy potente39. Abdelghany et al.34 encontraron que la incorporación de LSE en las películas de PVA aumentaba su actividad antimicrobiana contra E. coli, S. aureus y P. aeruginosa. Se detectaron doce compuestos fenólicos en LSE (Cuadro 2). Rutina, ácido sinápico y ácido p-hidroxibenzoico, que son los compuestos fenólicos más abundantes en los extractos acuosos de semilla de Lepidium de acuerdo con30,40. Se descubrió que la rutina tiene actividad antimicrobiana contra bacterias, levaduras y mohos41. Se ha demostrado actividad antimicrobiana del ácido sinápico en varios estudios sobre patógenos de plantas y humanos42. El ácido p-hidroxibenzoico, un derivado monohidroxifenólico del ácido benzoico, se usa comúnmente como antioxidante y antimicrobiano en alimentos, bebidas, medicamentos y cosméticos43.

El efecto antimicrobiano de diferentes películas. Las letras mayúsculas diferentes indican diferencias significativas para los recuentos bacterianos dentro del mismo tratamiento. Las letras minúsculas indican diferencias significativas para diferentes tratamientos dentro de la misma bacteria (p < 0,05). Los resultados representan la media de 3 repeticiones ± sd.

De acuerdo con las propiedades mecánicas y físicas apropiadas de la película A1, se eligió como una película de embalaje activa para la conservación del queso. La evaluación del efecto de la película de PVA-LSE sobre la calidad microbiana del queso se realizó contando el total de bacterias mesófilas, bacterias psicrotróficas, levaduras, mohos y bacterias coliformes en los tres grupos de queso, a saber (C) control descubierto, (B) cubierto con PVA, y (T) cubierto con A1 (Tabla 3). Después de 2 semanas de almacenamiento en frío a 4 °C, los grupos C y B desarrollaron deterioro visible en todas las muestras, por lo que se eliminaron del análisis microbiano. Para las bacterias mesófilas, los conteos aumentaron significativamente en todos los tratamientos con tiempo de almacenamiento. Sin embargo, las muestras T registraron menos conteos que los grupos C y B; además, las muestras T no aumentaron significativamente desde la semana 1 a la 4 de almacenamiento en frío (p < 0,05). La misma observación se observó para los recuentos de bacterias psicrotróficas y los recuentos de levaduras y mohos. Sin embargo, en el tratamiento T, los recuentos de levaduras y mohos aumentaron significativamente hasta la 4ª semana de almacenamiento. La detección de bacterias coliformes en quesos y productos lácteos es el resultado del uso de leche cruda o de malas condiciones higiénicas de fabricación y manipulación44. Algunos estados de EE. UU. tienen límites de 10 (1 log) o 100 (2 log) CFU/g para coliformes en el queso, mientras que la Comisión Europea no regula los límites de coliformes en el queso. Las bacterias coliformes se detectaron en muestras de queso en tiempo cero, mientras que fue indetectable en muestras T después de 1 semana de almacenamiento refrigerado hasta el final de las 4 semanas de análisis. Un estudio realizado por Salem et al.45 incorporó LSE en una película de gelatina y mostró efectos de conservación sobre la calidad del queso. Abdel Aziz y Osheba46 sugirieron que rociar filetes de pescado con un extracto acuoso de L. sativum reducía la carga microbiana y mejoraba la vida útil. El recubrimiento comestible de mucílago de L. sativum también se aplicó para extender la vida útil de las tiras de patata recién cortadas47.

Se siguió el deterioro visual del queso cheddar durante 4 semanas de almacenamiento refrigerado. La Figura 6a–c muestra que, después de 2 semanas de almacenamiento en frío, el 100 % de las muestras de control descubiertas con película y las muestras B cubiertas con película de PVA tuvieron deterioro visual por colonias de levadura y hongos filamentosos. Por otro lado, aproximadamente el 10% de las muestras de queso T cubiertas con PVA-LSE se estropearon. En la tercera y cuarta semana, el 22 % y el 57 % de las muestras T mostraron colonias de levadura visibles pero no hongos filamentosos. Además, la invasión de colonias de levaduras en la superficie del queso fue menor que en los otros tratamientos (Fig. 7).

Desarrollo de deterioro visual en la superficie del queso de (C) control de queso sin cubrir, (B) queso cubierto con película (A) y (T) queso cubierto con película (A1). (a) Tiempo cero, (b) después de 2 semanas y (c) después de 4 semanas de almacenamiento refrigerado.

Porcentaje de descomposición de diferentes tratamientos de queso. (a) Descomposición (%) de diferentes muestras de queso en la segunda semana de almacenamiento. ( b ) Descomposición (%) de las muestras T durante el período de almacenamiento. Los datos son las medias ± SE (n = 15). Letras diferentes indican diferencias significativas (p < 0,05).

En este estudio, los SFA predominaron en todos los quesos examinados (63,68–74,93%). También se encontró un contenido significativamente más bajo de ácidos grasos poliinsaturados (0,13–4,44 %) en los quesos en el período de almacenamiento de 4 semanas. Además, todas las muestras de queso contenían los principales SFA, ácido palmítico, ácido mirístico y ácido esteárico (Tabla 4). Además, el contenido de MUFA fue significativamente mayor (p < 0,05) en las muestras tratadas con película recubierta con LSE que en las muestras de control (Tabla 4). En todos los tratamientos, el ácido oleico (C18.1) fue el principal MUFA, mientras que el ácido linoleico (C18.2) y el ácido linolénico (C18.3) son los PUFA más importantes, pero se encontraron en porcentajes más bajos. El contenido de SCFA, excepto el ácido cáprico y láurico, no difirió significativamente entre los controles y los grupos de tratamiento. El queso peliculado puro sin LSE y las muestras de control contenían AG trans con un porcentaje que oscilaba entre el 1,11 y el 2,10 %, mientras que las muestras de queso recubierto con películas preparadas tratadas con LSE no contenían grasas trans durante los diferentes períodos de almacenamiento. Tsuzuki48 informó que agregar antioxidantes a grasas y aceites (durante el procesamiento y la cocción) facilitó el control de la formación de grasas trans insaturadas inducida por el calor. Esto puede explicar por qué el efecto antioxidante de la LSE ayuda a prevenir la formación de grasas trans en las muestras de queso recubierto. La oxidabilidad (valor de Cox) en la grasa extraída de diferentes muestras de queso se calculó entre 0,40 y 0,98 (Fig. 8); el alto valor de Cox demuestra la resistencia a la oxidación. Prandini et al.48 indicaron que el queso elaborado con leche de vaca contenía SFA en un rango de 65.23 a 68.52%, el contenido de MUFA varió de 27.90 a 31.19% y el contenido de PUFA varió de 3.48 a 4.17%49. Paszczyk y Łuczyńska50 establecieron que el contenido de MUFA y PUFA en el queso comercial elaborado con leche de vaca era de 27,92% y 3,31%, respectivamente.

Valores de oxidabilidad de muestras de queso.

Se prepararon películas activas de envasado para queso cheddar a partir de mezclas que contenían diferentes proporciones de PVA y LSE. Se añadió una pequeña cantidad de poliamida amina hiperramificada (PAMAM) como plastificante en todas las formulaciones. Se encontró que al aumentar la cantidad de LSE en la composición de la película se reducían las propiedades térmicas y mecánicas. Además, la actividad antioxidante de la película que contenía la mayor cantidad de LSE fue ≈86 %, y se observó una reducción notable de la actividad antioxidante al disminuir la cantidad de LSE en la composición de la película. Se investigó la actividad antimicrobiana de la película de empaque contra diferentes microorganismos. Los resultados demostraron que el orden de actividad antimicrobiana de las películas fue A3 > A2 > A1. El porcentaje de descomposición de las muestras de queso cubiertas con la película tratada fue del 10 % después de una semana de almacenamiento, mientras que las muestras cubiertas con películas sin tratar tenían un porcentaje de descomposición del 100 %. La investigación del perfil de ácidos grasos extraído de muestras de queso confirmó la presencia de ácidos grasos trans en muestras cubiertas con películas sin tratar, mientras que en otras muestras no se detectaron ácidos grasos trans. Los resultados de este estudio muestran que las películas de empaque que contienen LSE son películas activas prometedoras para productos lácteos que pueden prevenir ataques bacterianos y extender su vida útil.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo.

Asgher, M., Qamar, SA, Bilal, M. e Iqbal, HMN Materiales de envasado de alimentos activos de base biológica: alternativa sostenible a los materiales de envasado convencionales basados ​​en productos petroquímicos. Alimentos Res. En t. 137, 109625. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109625 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Alvarez-Chavez , CR , Edwards , S. , Moure-Eraso , R. & Geiser , K. Sostenibilidad de los bioplásticos: análisis comparativo general y recomendaciones de mejora . J. Limpio. Pinchar. 23 , 47–5 https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2011.10.003 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Moreira, BR, Pereira-Júnior, MA, Fernandes, KF & Batista, KA Un recubrimiento comestible ecológico que utiliza polisacárido de goma de marañón y alcohol polivinílico. Alimentos Biosci. 37, 100722. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2020.100722 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Karazhiyan, H. et al. Propiedades reológicas del extracto de semilla de Lepidium sativum en función de la concentración, la temperatura y el tiempo. Hidrocoll alimentario. 23, 2062–2068. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2009.03.019 (2009).

Artículo CAS Google Académico

Guo, Q., Cui, SW, Wang, Q. y Christopher Young, J. Fraccionamiento y caracterización fisicoquímica de la goma de psyllium. Carbohidr. polim. 73, 35–43. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2007.11.001 (2008).

Artículo CAS Google Académico

Jian, H.-L. et al. Caracterización del comportamiento de precipitación fraccionada de gomas de galactomanano con etanol e isopropanol. Hidrocoll alimentario. 40, 115–121. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2014.02.012 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Kang, J. et al. Nuevos estudios sobre goma ghatti (Anogeissus latifolia) parte I. Fraccionamiento, caracterización química y física de la goma. Hidrocoll alimentario. 25, 1984–1990. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2010.12.011 (2011).

Artículo CAS Google Académico

Razmkhah, S. et al. Extracción por etapas de goma de semilla de Lepidium sativum: Caracterización fisicoquímica y propiedades funcionales. En t. J. Biol. macromol. 88, 553–564. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.04.024 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Walther, B., Schmid, A., Sieber, R. & Wehrmüller, K. Queso en nutrición y salud. Ciencia láctea. Tecnología 88, 389–405. https://doi.org/10.1051/dst:2008012 (2008).

Artículo CAS Google Académico

MacGibbon, AKH Composición y estructura de los lípidos de la leche bovina. En Química láctea avanzada vol. 2 1–32 (Springer International Publishing, 2020).

Google Académico

Lindmark Månsson, H. Ácidos grasos en grasa de leche bovina. Nutrición alimentaria Res. 52, 1821. https://doi.org/10.3402/fnr.v52i0.1821 (2008).

Artículo Google Académico

Verano, A. et al. El queso como alimento funcional: el ejemplo del parmigiano reggiano y el grana padano. Tecnología de los alimentos. Biotecnología. https://doi.org/10.17113/ftb.55.03.17.5233 (2017).

Artículo Google Académico

Faour-Klingbeil, D. & Todd, E. Prevención y control de enfermedades transmitidas por los alimentos en los países del norte de África del Medio Oriente: revisión de los sistemas nacionales de control. En t. J. Medio Ambiente. Res. Salud Pública 17, 70. https://doi.org/10.3390/ijerph17010070 (2019).

Artículo Google Académico

Choi, KH et al. Evaluaciones de riesgo microbiano del queso: una revisión. Asia-Aust. J. Anim. ciencia 29, 307–314 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Kure, CF & Skaar, I. El problema fúngico en la industria del queso. actual Opinión ciencia de la comida 29, 14–19. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2019.07.003 (2019).

Artículo Google Académico

Proulx, J. et al. Tratamientos combinados de luz pulsada y antimicrobianos para la descontaminación superficial del queso: Efectos favorables y antagónicos. J. Ciencias de la leche. 100, 1664–1673. https://doi.org/10.3168/jds.2016-11582 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Al-Moghazy, M., El-sayed, HS, Salama, HH & Nada, AA Recubrimiento de empaque comestible de aceite esencial de tomillo encapsulado en emulsiones de quitosano liposomal para mejorar la vida útil del queso Karish. Alimentos Biosci. 43, 101230. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2021.101230 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Malhotra, B., Keshwani, A. y Kharkwal, H. Envases de alimentos antimicrobianos: potencial y peligros. Frente. Microbiol. 6, 2 (2015).

Artículo Google Académico

Karamkhani, M., Anvar, SA & Ataee, M. El uso de recubrimientos comestibles activos hechos de una combinación de goma Lepidium sativum y Carvacrol para aumentar la vida útil de los camarones de cultivo mantenidos en condiciones de refrigeración. Irán J. Aquat. Animación Sanar. 4, 55–72. https://doi.org/10.29252/ijaah.4.2.55 (2018).

Artículo Google Académico

Yassin, MA, Gad, AAM, Ghanem, AF y Abdel Rehim, MH Síntesis verde de nanofibras de celulosa utilizando celulasa inmovilizada. Carbohidr. polim. 205, 255–260. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.10.040 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Naeem, MA, Zahran, HA & Hassanein, MMM Evaluación de métodos de extracción en verde sobre los aspectos químicos y nutricionales del aceite de semilla de jamaica (Hibiscus sabdariffa L.). OCL 26, 33. https://doi.org/10.1051/ocl/2019030 (2019).

Artículo Google Académico

Nada, A. et al. Compuestos a base de pirazol en emulsión liposomal de quitosano para tejidos de algodón antimicrobianos. En t. J. Biol. macromol. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.09.031 (2018).

Artículo Google Académico

Naghili, H. et al. Validación de la técnica de placa de gota para la enumeración bacteriana mediante pruebas paramétricas y no paramétricas. Veterinario. Res. 4, 179–183 (2013).

Google Académico

Cao, X., Huang, R. & Chen, H. Evaluación de tratamientos con luz pulsada sobre la inactivación de Salmonella en arándanos y su impacto en la vida útil y los atributos de calidad. En t. J. Food Microbiol. 260, 17–26. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2017.08.012 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Christie, WW El aislamiento de lípidos de los tejidos. Procedimientos recomendados. Extracción cloroformo-metanol (2:1,v/v) y lavado "Folch". En: Análisis de lípidos. Pérgamo, págs. 39–40 (1973)

Fatemi, SH & Hammond, EG Análisis de hidroperóxidos de oleato, linoleato y linolenato en mezclas de ésteres oxidados. Lípidos 15, 379–385. https://doi.org/10.1007/BF02533555 (1980).

Artículo CAS Google Académico

Zahran, HA & Tawfeuk, HZ Propiedades fisicoquímicas de nuevas variedades de maní (Arachis hypogaea L.). OCL 26, 19. https://doi.org/10.1051/ocl/2019018 (2019).

Artículo Google Académico

Rafinska, K. et al. Efecto del solvente y la técnica de extracción sobre la composición y actividad biológica de los extractos de Lepidium sativum. Química alimentaria 289, 16–25. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.03.025 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Abdel-Aty, AM, Salama, WH, Fahmy, AS & Mohamed, SA Impacto de la germinación en la capacidad antioxidante del berro de jardín: Nuevo cálculo para la determinación de la actividad antioxidante total. ciencia Hortico. (Ámsterdam) 246, 155–160. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.10.062 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Kaiyrkulova, A., Li, J. & Aisa, HA Componentes químicos de las semillas de lepidium sativum. química Nat. Comp. 55, 736–737 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Tomalia, DA, Naylor, AM y Goddard, WA Dendrímeros Starburst: control a nivel molecular del tamaño, la forma, la química de la superficie, la topología y la flexibilidad de los átomos a la materia macroscópica. Angew. química En t. ed. Inglés 29, 138–175. https://doi.org/10.1002/anie.199001381 (1990).

Artículo Google Académico

Inoue, K. Dendrímeros funcionales, polímeros hiperramificados y estrella. prog. polim. ciencia 25, 453–571. https://doi.org/10.1016/S0079-6700(00)00011-3 (2000).

Artículo CAS Google Académico

Kumar, A. & Han, SS Hidrogeles basados ​​en PVA para ingeniería de tejidos: una revisión. En t. J. Polym. Mate. polim. Biomateria. 66, 159–182. https://doi.org/10.1080/00914037.2016.1190930 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Abdelgany, AM et al. Extracto de planta de semilla natural de Lepidium sativum en las características estructurales y físicas del alcohol polivinílico. En t. J. Medio Ambiente. Semental. 75, 965–977. https://doi.org/10.1080/00207233.2018.1479564 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Amer, AA et al. Desarrollo de extractos de lepidium sativum/nanofibras electrohiladas de PVA como apósito para la cicatrización de heridas. ACS Omega 7, 20683–20695. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c00912 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Fahami, A. & Fathi, M. Fabricación y caracterización de nuevas nanofibras de mucílago de semilla de berro para aplicaciones alimentarias. Aplicación J. polim. ciencia 135, 45811. https://doi.org/10.1002/app.45811 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Kuan, HTN, Tan, MY, Hassan, MZ & Zuhri, MYM Evaluación de las propiedades físico-mecánicas de un compuesto de polietileno reforzado con residuos de café molido extraído con aceite. Polímeros (Basilea) 14, 4678. https://doi.org/10.3390/polym14214678 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Gutiérrez, L.-F., Ratti, C. & Belkacemi, K. Efectos del método de secado sobre los rendimientos de extracción y la calidad de los aceites de semillas y pulpa de espino amarillo de Quebec (Hippophaë rhamnoides L.). Química alimentaria 106, 896–904. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.06.058 (2008).

Artículo CAS Google Académico

Skroza, D. et al. Interacciones del resveratrol con otros fenoles y actividad contra patógenos transmitidos por alimentos. ciencia de la comida Nutrición 7, 2312–2318. https://doi.org/10.1002/fsn3.1073 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Abdel-Aty, AM, Bassuiny, RI, Barakat, AZ y Mohamed, SA Mejora del contenido fenólico, las actividades antioxidantes y antimicrobianas de las semillas de berro de jardín mediante la fermentación en estado sólido por Trichoderma reesei. Aplicación J. Microbiol. 127, 1454–1467. https://doi.org/10.1111/jam.14394 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Gutiérrez-Venegas, G. et al. Efecto de los flavonoides sobre la actividad antimicrobiana de los microorganismos presentes en la placa dental. Heliyon 5, e03013. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e03013 (2019).

Artículo Google Académico

Nićiforović, N. & Abramovič, H. Ácido sinápico y sus derivados: fuentes naturales y bioactividad. compr. Rev. ciencia de los alimentos. Seguridad alimentaria 13, 34–51. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12041 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Jiang, Z., Wang, J., Xiang, D. y Zhang, Z. Propiedades funcionales y efecto conservante de películas de quitosano injertadas con ácido P-hidroxibenzoico en yaca recién cortada. Alimentos 11, 1360. https://doi.org/10.3390/foods11091360 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Martín, NH et al. El papel evolutivo de los coliformes como indicadores de condiciones de procesamiento antihigiénicas en productos lácteos. Frente. Microbiol. 7, 1–8. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01549 (2016).

Artículo Google Académico

Salem, A. et al. Desarrollo y caracterización de film biodegradable a base de gelatina de pescado enriquecido con extracto de Lepidium sativum como envase activo para la conservación de queso. Heliyon 7, e08099. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e08099 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Abdel Aziz, HA & Osheba, ASA Atributos de calidad microbiológica de filetes de pescado lates niloticus de perca del nilo tratados con extracto acuoso de lepidium sativum l. Semillas de berro. Egipto J. Agric. Res. 90, 1269–1283. https://doi.org/10.21608/ejar.2012.162994 (2012).

Artículo Google Académico

Ali, MR et al. Vida útil mejorada y aceptación del consumidor de tiras de papa fresca cortada y frita mediante una capa comestible de mucílago de semilla de berro de jardín. Alimentos https://doi.org/10.3390/foods10071536 (2021).

Tsuzuki, W. Efectos de los antioxidantes en la formación de ácidos grasos trans inducida por calor en trioleína y trilinoleína. Química alimentaria 129, 104–109. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2011.04.036 (2011).

Artículo CAS Google Académico

Prandini, A. et al. Diferente nivel de ácido linoleico conjugado (CLA) en productos lácteos de Italia. J. Alimentos Compos. Anal. 20, 472–479. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2007.03.001 (2007).

Artículo CAS Google Académico

Paszczyk, B. & Łuczyńska, J. La comparación de la composición de ácidos grasos y los índices de calidad de lípidos en quesos duros de vaca, oveja y cabra. Alimentos 9, 1667. https://doi.org/10.3390/foods9111667 (2020).

Artículo CAS Google Académico

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Apoyo financiero del Centro Nacional de Investigación (NRC), proyecto interno no. E120104 (Fabricación de materiales poliméricos de base biológica para aplicaciones de embalaje), se reconoce con gratitud.

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por The Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) en cooperación con The Egyptian Knowledge Bank (EKB). Esta investigación recibió financiación del Centro Nacional de Investigación y STDF, Egipto.

Departamento de Materiales de Empaque y Empaque, Centro Nacional de Investigación, Dokki, 12622, El Cairo, Egipto

Mona Abdel Rehim

Departamento de Grasas y Aceites, Instituto de Investigación de Nutrición e Industrias Alimentarias, Centro Nacional de Investigación, Dokki, 12622, El Cairo, Egipto

Hamdy A. Zahran

Departamento de Productos Lácteos, Instituto de Investigación de Industrias Alimentarias y Nutrición, Centro Nacional de Investigación, Dokki, 12622, El Cairo, Egipto

Marwa Al-Moghazy

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MAR ha diseñado el estudio, aportado el trabajo experimental y de análisis, interpretado los resultados y redactado el manuscrito; HZ ha contribuido con el trabajo experimental y de análisis, interpretado los resultados y escrito el manuscrito; MA-M. ha contribuido con el trabajo experimental y de análisis, interpretado los resultados y escrito el manuscrito.

Correspondencia a Marwa Al-Moghazy.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Rehim, MA, Zahran, HA y Al-Moghazy, M. Síntesis de películas de envasado activas a partir de compuestos de alcohol polivinílico/goma de Lepidium sativum y su aplicación en la conservación del queso cheddar. Informe científico 13, 1647 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28173-3

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Recibido: 06 noviembre 2022

Aceptado: 13 de enero de 2023

Publicado: 30 enero 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28173-3

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