Effect of adding Lippia origanoides nanoemulsion to carboxymethyl cellulose films for active food packaging

Voedselverpakkingen doen meer dan alleen een product vasthouden; ze fungeren als een schild tegen de onzichtbare krachten die bederf veroorzaken. Twee van de meest hardnekkige bedreigingen voor de voedselkwaliteit zijn licht en microben. Wanneer voedsel wordt blootgesteld aan ultraviolet licht, kan de energie chemische reacties triggeren die vetten en eiwitten afbreken, wat leidt tot ranzigheid en vreemde smaken. Tegelijkertijd kunnen bacteriën op voedsel landen en zich vermenigvuldigen, wat ziekte of rotting veroorzaakt. Traditionele plastic folies falen vaak in het effectief stoppen van deze specifieke bedreigingen, waardoor wetenschappers op zoek gingen naar slimmere oplossingen. Eén veelbelovende aanpak betreft "actieve verpakking", waarbij het materiaal zelf stoffen bevat die oxidatie bestrijden en bacteriën doden. Veel van deze beschermende stoffen zijn echter oliën die moeilijk te mengen zijn met watergebaseerde materialen, en ze kunnen te snel verdampen om nuttig te zijn. Om dit op te lossen, hebben onderzoekers zich tot nanotechnologie gewend, waarbij ze minuscule druppeltjes olie creëren die zo klein zijn dat ze gelijkmatig verdeeld en vastgehouden kunnen worden binnen een film, waardoor hun beschermende kracht geleidelijk wordt vrijgegeven.

In een recente studie onderzochten onderzoekers uit Brazilië hoe ze een biologisch afbreekbare voedselverpakking kunnen maken die zowel tegen licht als bacteriën vecht. Ze begonnen met carboxymethylcellulose, een stof afgeleid van planten die gemakkelijk in water oplost en een sterke, flexibele film vormt. Aan deze basis voegden ze een nano-emulsie toe van essentiële olie van Lippia origanoides, een plant die bekend staat om zijn krachtige antimicrobiële eigenschappen. Het team gebruikte hoogfrequente geluidsgolven om de olie af te breken in druppeltjes die zo klein waren dat ze met het blote oog niet te zien waren, waarbij ze een surfactant gebruikten om ze stabiel te houden. Vervolgens goten ze dit mengsel in een oplossing met het plantaardige polymeer en droogden ze het om dunne, transparante vellen te creëren. Het doel was om te zien of het toevoegen van deze microscopische oliedruppeltjes een eenvoudige verpakking zou veranderen in een actief schild dat voedsel beschermt zonder de helderheid of flexibiliteit te verliezen.

De resultaten toonden aan dat de nieuwe films precies werkten zoals gehoopt op verschillende kerngebieden. De onderzoekers vonden dat de kleine oliedruppeltjes ongelooflijk uniform in grootte waren, minder dan 60 nanometer breed, en dat ze minstens 120 dagen stabiel bleven zonder samen te klonteren. Wanneer deze druppeltjes aan de film werden toegevoegd, verkreeg het materiaal het vermogen om ultraviolet licht krachtig te blokkeren. Terwijl de gewone film het meeste licht doorliet, blokkeerden de films met hogere concentraties olie bijna alle ultraviolette straling, met name op de golflengten die de meeste schade aan voedsel toebrengen. Dit betekent dat de nieuwe verpakking gevoelige artikelen zoals oliën of zuivelproducten kan beschermen tegen ranzigheid door lichtblootstelling. De films bleven ook helder genoeg zodat consumenten het voedsel erin kunnen zien, een cruciale factor voor marktacceptatie, terwijl ze iets ondoorzichtiger werden om die noodzakelijke lichtbarrière te bieden.

Naast het blokkeren van licht, vertoonden de films een sterk vermogen om bacteriën te bestrijden, hoewel hun effectiviteit selectief was. Bij tests tegen veelvoorkomende voedselpathogenen stopten de films succesvol de groei van Staphylococcus aureus, een bacterie die voedselvergiftiging veroorzaakt en hittebestendige toxines produceert. De remming van deze bacterie nam toe naarmate de hoeveelheid olie in de film toenam. De films stopten echter niet de groei van Gram-negatieve bacteriën zoals E. coli of Salmonella. Dit verschil komt waarschijnlijk doordat de buitenste laag van Gram-negatieve bacteriën complexer is en moeilijker te penetreren door de olieverbindingen dan de eenvoudigere celwanden van Gram-positieve bacteriën. Ondanks deze beperking is het vermogen om Staphylococcus aureus te targeten significant, aangezien dit pathogeen een belangrijke oorzaak is van voedselgerelateerde ziekten wereldwijd.

De studie onthulde ook hoe de toevoeging van de olie de fysieke aard van de verpakking veranderde. De films werden flexibeler en konden verder uitrekken voordat ze braken, wat een wenselijke eigenschap is voor verpakkingen die beweging moeten kunnen opvangen zonder te scheuren. Deze toegevoegde flexibiliteit ging echter gepaard met een nadeel: de films werden iets zwakker wat betreft hun maximale sterkte en lieten meer waterdamp door dan de gewone film. Dit suggereert dat het nieuwe materiaal weliswaar uitstekend is voor het beschermen van voedsel tegen licht en specifieke bacteriën, maar dat het het beste geschikt kan zijn voor gekoelde of verse voedingsmiddelen die geen zware vochtbarrière vereisen. Bovendien bleken de films minder stabiel bij hoge temperaturen, wat betekent dat ze niet gebruikt moeten worden voor voedsel dat na verpakking wordt verhit.

Uiteindelijk demonstreert het onderzoek dat het mogelijk is om een biologisch afbreekbare, actieve voedselverpakking te creëren die de beschermende kracht van essentiële oliën combineert met de structurele voordelen van plantaardige polymeren. Door nanotechnologie te gebruiken om de olie te verspreiden, creëerden de onderzoekers een materiaal dat schadelijk licht blokkeert, specifieke bacteriën bestrijdt en voldoende transparantie behoudt om praktisch te zijn voor consumenten. Hoewel de films geen universele oplossing zijn voor alle vormen van voedselconservering, bieden ze een geavanceerd, milieuvriendelijk alternatief voor het beschermen van verse en gekoelde producten tegen de specifieke bedreigingen van oxidatie en microbiële contaminatie. Het werk benadrukt hoe het begrijpen van het microscopische gedrag van oliedruppeltjes kan leiden tot macroscopische verbeteringen in hoe we ons voedsel veilig en vers houden.