Cinnamaldehyde is goed voor 85% tot 90% van de etherische olie van kaneel. China is een van de belangrijkste teeltgebieden voor kaneel en beschikt over rijke cinnamaldehyde-bronnen. De moleculaire structuur van cinnamaldehyde (C9H8O) bestaat uit een fenylgroep verbonden aan een acrylzuur. In de natuurlijke toestand is het een geelachtige of geelbruine, stroperige vloeistof met een unieke en sterke kaneel- en colasmaak. Het wordt gebruikt in specerijen en smaakmakers. Er zijn de laatste tijd veel onderzoeken verschenen naar de breedspectrum antibacteriële werking van cinnamaldehyde en het werkingsmechanisme ervan. Deze studies hebben aangetoond dat cinnamaldehyde een goede antibacteriële werking heeft op bacteriën en schimmels. Op medisch gebied hebben diverse studies de onderzoeksvoortgang van cinnamaldehyde in verband met stofwisselingsziekten, aandoeningen van de bloedsomloop, antitumorwerking en andere aspecten onderzocht. Hieruit bleek dat cinnamaldehyde een goede farmacologische werking heeft tegen diabetes, obesitas en andere aandoeningen. Vanwege de rijke bronnen, natuurlijke ingrediënten, veiligheid, lage toxiciteit, unieke smaak en brede antibacteriële werking is het een voedingsadditief dat is goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration en China. Hoewel er geen maximumlimiet is voor het gebruik, beperken de vluchtigheid en de scherpe geur de brede toepassing ervan in voedingsmiddelen. Het fixeren van cinnamaldehyde in voedselverpakkingsfolie kan de antibacteriële werking verbeteren, de sensorische impact op voedsel verminderen en bijdragen aan een betere kwaliteit van voedselopslag en -transport en een langere houdbaarheid.
1. Antibacteriële composietmembraanmatrix
Het meeste onderzoek naar antibacteriële verpakkingsfolie voor levensmiddelen maakt gebruik van natuurlijke en biologisch afbreekbare stoffen als filmvormende matrix. De verpakkingsfolie wordt vervaardigd door middel van coating, gieten of extrusie bij hoge temperatuur. Vanwege de verschillende werkingsmechanismen en compatibiliteit tussen verschillende membraansubstraten en actieve stoffen, verschillen de eigenschappen van het uiteindelijke membraan. Daarom is het van groot belang om het juiste membraansubstraat te kiezen. Veelgebruikte filmvormende substraten zijn onder andere synthetische biologisch afbreekbare stoffen zoals polyvinylalcohol en polypropyleen, natuurlijke stoffen zoals polysacchariden en eiwitten, en composietmaterialen. Polyvinylalcohol (PVA) is een lineair polymeer dat bij verknoping meestal een driedimensionale netwerkstructuur vormt en uitstekende mechanische eigenschappen en barrière-eigenschappen heeft. Natuurlijke membraanachtige matrixbronnen zijn overvloedig aanwezig en breed beschikbaar. Zo kan bijvoorbeeld polymelkzuur worden gefermenteerd uit grondstoffen zoals zetmeel en maïs. Deze grondstoffen zijn ruim voorhanden en hernieuwbaar, hebben een goede biologische afbreekbaarheid en biocompatibiliteit en zijn een ideaal milieuvriendelijk verpakkingsmateriaal. De composietmatrix is vaak samengesteld uit twee of meer membraanmatrices, die een complementaire rol kunnen spelen ten opzichte van een enkele membraanmatrix.
Mechanische eigenschappen en barrière-eigenschappen zijn belangrijke indicatoren voor de geschiktheid van verpakkingsfolie. De toevoeging van cinnamaldehyde zorgt voor verknoping met de polymeermembraanmatrix, waardoor de moleculaire vloeibaarheid afneemt. De afname van de rek bij breuk is te wijten aan de discontinuïteit van de polysaccharidennetwerkstructuur, terwijl de toename van de treksterkte het gevolg is van de toename van hydrofiele groepen tijdens het filmvormingsproces door de toevoeging van cinnamaldehyde. Bovendien neemt de gasdoorlaatbaarheid van het cinnamaldehyde-composietmembraan over het algemeen toe. Dit kan te wijten zijn aan de verspreiding van cinnamaldehyde in het polymeer, waardoor poriën, holtes en kanalen ontstaan. Dit vermindert de weerstand tegen massatransport van watermoleculen en leidt uiteindelijk tot een verhoogde gasdoorlaatbaarheid van het cinnamaldehyde-composietmembraan. De mechanische eigenschappen en doorlaatbaarheid van verschillende composietmembranen zijn vergelijkbaar, maar de structuur en eigenschappen van de verschillende polymeersubstraten verschillen. De verschillende interacties met cinnamaldehyde beïnvloeden de prestaties van de verpakkingsfolie en daarmee de toepassing ervan. Daarom is het van groot belang om het juiste polymeersubstraat en de juiste concentratie te kiezen.
Ten tweede, de bindmethode met cinnamaldehyde en verpakkingsfolie.
Cinnamaldehyde is echter slechts licht oplosbaar in water, met een oplosbaarheid van slechts 1,4 mg/ml. Hoewel de mengtechnologie eenvoudig en handig is, zijn de twee fasen – de vetoplosbare cinnamaldehyde en de wateroplosbare membraanmatrix – instabiel. Bovendien verminderen de hoge temperaturen en hoge drukken die doorgaans nodig zijn bij het filmvormingsproces de concentratie van beschikbare cinnamaldehyde in het membraan aanzienlijk. Hierdoor is het moeilijk om het ideale bacteriostatische effect te bereiken. Inbeddingstechnologie is het proces waarbij het wandmateriaal wordt gebruikt om de actieve stof die ingebed moet worden te omhullen of te adsorberen, ter ondersteuning van de prestaties of chemische bescherming. Het gebruik van inbeddingstechnologie om cinnamaldehyde in het verpakkingsmateriaal te fixeren, kan zorgen voor een langzame afgifte, een verbeterde retentie, een langere antibacteriële werkingsduur van de film en een geoptimaliseerde mechanische werking van de verpakkingsfolie. De gangbare methoden voor het combineren van cinnamaldehyde met verpakkingsfolie kunnen momenteel worden onderverdeeld in twee categorieën: kunstmatige dragerconstructie en natuurlijke dragerconstructie, waaronder polymeerinbedding, nanoliposoominbedding, cyclodextrine-inbedding en binding of belading met nanoklei. Door de combinatie van zelfassemblage in lagen en elektrospinning kan de drager voor de afgifte van cinnamaldehyde worden geoptimaliseerd, waardoor de werkingswijze en het toepassingsgebied van cinnamaldehyde kunnen worden verbeterd.
Toepassing van kaneelaldehyde-actieve voedselverpakkingsfolie
Verschillende soorten voedsel hebben een verschillend watergehalte, voedingswaarde en opslag- en transportomstandigheden, waardoor de groeidynamiek van bederfveroorzakende micro-organismen sterk verschilt. Het conserverende effect van antibacteriële verpakkingen met cinnamaldehyde is daarom ook verschillend voor diverse voedingsmiddelen.
1. Vershoudeffect op groenten en fruit
China is rijk aan natuurlijke hulpbronnen, waaronder groenten en fruit, waarvan de productie en consumptie enorm zijn. Groenten en fruit bevatten echter veel vocht en suiker, zijn rijk aan voedingsstoffen, maar zijn daardoor ook gevoelig voor microbiële besmetting en bederf tijdens opslag, transport en verkoop. Het gebruik van antibacteriële verpakkingsfolie is momenteel een belangrijk middel om de kwaliteit van groenten en fruit tijdens opslag en transport te verbeteren en de houdbaarheid te verlengen. Verpakkingen van appels met een composietfolie van cinnamaldehyde en polymelkzuur kunnen het verlies aan voedingsstoffen verminderen, de groei van wortelknobbels remmen en de houdbaarheid van appels verlengen tot 16 dagen. Bij verpakking van voorgesneden wortelen met cinnamaldehyde-bevattende verpakkingsfolie werd de groei van schimmels en gisten geremd, het bederfpercentage verlaagd en de houdbaarheid verlengd tot 12 dagen.
2. Vershoudeffect van vleesproducten Vlees is rijk aan eiwitten, vetten en andere stoffen, en heeft een rijke voedingswaarde en een unieke smaak. Bij kamertemperatuur zorgt de groei van micro-organismen voor de afbraak van eiwitten, koolhydraten en vetten in vlees, wat leidt tot bederf, een plakkerig oppervlak, een donkere kleur, verlies van elasticiteit en een onaangename geur. Voedselverpakkingsfolie met cinnamaldehyde wordt veel gebruikt voor de verpakking van varkensvlees en vis. Het remt met name de groei van Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Aeromonas, gisten, melkzuurbacteriën en andere bacteriën, en kan de houdbaarheid met 8 tot 14 dagen verlengen.
3. Vershoudeffect van zuivelproducten Momenteel neemt de consumptie van zuivelproducten in China jaar na jaar toe. Kaas is een gefermenteerd melkproduct met een hoge voedingswaarde en veel eiwitten. Kaas heeft echter een korte houdbaarheid en het bederfpercentage bij lage temperaturen is nog steeds zorgwekkend. Het gebruik van voedselverpakkingsfolie met kaneelaldehyde kan de houdbaarheid van kaas effectief verlengen, de goede smaak van de kaas behouden en bederf voorkomen. Voor kaasplakken en kaassauzen wordt de houdbaarheid na gebruik van verpakkingen met kaneelaldehyde respectievelijk verlengd tot 45 dagen en 26 dagen, wat bijdraagt aan het besparen van grondstoffen.
4. Vershoudeffect van zetmeelrijke producten: Brood en cake zijn zetmeelproducten, gemaakt van tarwebloem, zacht en luchtig, zoet en heerlijk. Brood en cake hebben echter een korte houdbaarheid en zijn tijdens de verkoop gevoelig voor schimmelvorming, wat leidt tot kwaliteitsverlies en voedselverspilling. Het gebruik van cinnamaldehyde als actief bestanddeel in verpakkingen voor cake en gesneden brood kan de groei en verspreiding van penicillium en zwarte schimmel remmen en de houdbaarheid verlengen tot respectievelijk 10 tot 27 dagen.
Cinnamaldehyde heeft als voordelen dat het ruim voorhanden is, een hoge bacteriedodende werking heeft en een lage toxiciteit bezit. Als bacteriedodend middel in actieve voedselverpakkingen kan de stabiliteit en langzame afgifte van cinnamaldehyde worden verbeterd door de constructie en optimalisatie van de drager. Dit is van groot belang voor het verbeteren van de opslag- en transportkwaliteit van verse voedingsmiddelen en het verlengen van de houdbaarheid. De afgelopen jaren is er veel onderzoek gedaan naar de toepassing van cinnamaldehyde in voedselverpakkingen, maar het onderzoek naar de toepassingen ervan bevindt zich nog in een beginstadium en er zijn nog enkele problemen die moeten worden opgelost. Door middel van een vergelijkende studie naar de effecten van verschillende dragers op de mechanische eigenschappen en barrière-eigenschappen van het membraan, een diepgaande verkenning van de werkingswijze van cinnamaldehyde en de drager en de afgiftekinetiek ervan in verschillende omgevingen, onderzoek naar de invloed van de groeiwetten van micro-organismen in voedsel op bederf, en het reguleringsmechanisme van antibacteriële verpakkingen op de timing en afgiftesnelheid van antimicrobiële middelen, wil dit onderzoek actieve verpakkingssystemen ontwerpen en ontwikkelen die aan verschillende eisen voor voedselconservering voldoen.
Geplaatst op: 3 januari 2024