การประยุกต์ใช้สารต้านแบคทีเรียซินนามัลดีไฮด์ในบรรจุภัณฑ์อาหาร

ซินนามัลดีไฮด์คิดเป็น 85% ~ 90% ของน้ำมันหอมระเหยอบเชย และจีนเป็นหนึ่งในพื้นที่ปลูกอบเชยที่สำคัญและมีทรัพยากรซินนามัลดีไฮด์อุดมสมบูรณ์ โครงสร้างโมเลกุลของซินนามัลดีไฮด์ (C9H8O) คือกลุ่มฟีนิลที่เชื่อมต่อกับอะคริลีน ในสภาพธรรมชาติเป็นของเหลวหนืดสีเหลืองหรือเหลืองน้ำตาล มีกลิ่นอบเชยและโค้กที่เป็นเอกลักษณ์และเข้มข้น สามารถใช้เป็นเครื่องเทศและเครื่องปรุงรสได้ ปัจจุบันมีรายงานจำนวนมากเกี่ยวกับการออกฤทธิ์ต้านแบคทีเรียในวงกว้างของซินนามัลดีไฮด์และกลไกการออกฤทธิ์ และการศึกษาต่างๆ แสดงให้เห็นว่าซินนามัลดีไฮด์มีฤทธิ์ต้านแบคทีเรียและเชื้อราได้ดี ในวงการแพทย์ มีการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับความก้าวหน้าของการใช้ซินนามัลดีไฮด์ในโรคระบบเผาผลาญ โรคระบบไหลเวียนโลหิต การต้านมะเร็ง และด้านอื่นๆ และพบว่าซินนามัลดีไฮด์มีฤทธิ์ต้านเบาหวาน ต้านโรคอ้วน ต้านมะเร็ง และฤทธิ์ทางเภสัชวิทยาอื่นๆ ที่ดี เนื่องจากมีแหล่งที่มามากมาย เป็นส่วนประกอบจากธรรมชาติ ปลอดภัย มีความเป็นพิษต่ำ มีรสชาติที่เป็นเอกลักษณ์ และมีฤทธิ์ต้านแบคทีเรียในวงกว้าง จึงเป็นสารเติมแต่งอาหารที่ได้รับการอนุมัติจากสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกาและจีน แม้ว่าจะไม่มีข้อจำกัดปริมาณสูงสุดในการใช้งาน แต่ความระเหยง่ายและกลิ่นฉุนของมันก็จำกัดการใช้งานอย่างกว้างขวางในอาหาร การตรึงซินนามัลดีไฮด์ในฟิล์มบรรจุภัณฑ์อาหารสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการต้านแบคทีเรียและลดผลกระทบต่อประสาทสัมผัสของอาหาร และมีบทบาทในการปรับปรุงคุณภาพการเก็บรักษาและการขนส่งอาหาร รวมถึงยืดอายุการเก็บรักษาได้

1. เมทริกซ์เมมเบรนคอมโพสิตต้านแบคทีเรีย

งานวิจัยส่วนใหญ่เกี่ยวกับฟิล์มบรรจุภัณฑ์อาหารต้านเชื้อแบคทีเรียใช้สารจากธรรมชาติและย่อยสลายได้เป็นเมทริกซ์ในการขึ้นรูปฟิล์ม และฟิล์มบรรจุภัณฑ์นั้นเตรียมโดยวิธีการเคลือบ การหล่อ หรือการอัดรีดที่อุณหภูมิสูง เนื่องจากกลไกการออกฤทธิ์และความเข้ากันได้ระหว่างวัสดุรองรับเมมเบรนและสารออกฤทธิ์ที่แตกต่างกัน คุณสมบัติของเมมเบรนที่ได้จึงแตกต่างกัน ดังนั้นการเลือกวัสดุรองรับเมมเบรนที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญมาก วัสดุรองรับการขึ้นรูปฟิล์มที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ สารสังเคราะห์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เช่น โพลีไวนิลแอลกอฮอล์และโพลีโพรพีลีน สารจากธรรมชาติ เช่น โพลีแซคคาไรด์และโปรตีน และสารประกอบต่างๆ โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) เป็นพอลิเมอร์เชิงเส้น ซึ่งโดยปกติจะเกิดโครงสร้างเครือข่ายสามมิติเมื่อเกิดการเชื่อมโยง และมีคุณสมบัติทางกลและคุณสมบัติในการกั้นที่ดีเยี่ยม ทรัพยากรเมทริกซ์คล้ายเมมเบรนจากธรรมชาติมีอยู่มากมายและหาได้ง่าย ตัวอย่างเช่น กรดโพลีแลคติกสามารถหมักได้จากวัตถุดิบ เช่น แป้งและข้าวโพด ซึ่งมีแหล่งที่มาเพียงพอและหมุนเวียนได้ มีความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพและเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี และเป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในอุดมคติ เมทริกซ์คอมโพสิตมักประกอบด้วยเมทริกซ์เมมเบรนตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป ซึ่งสามารถทำหน้าที่เสริมกันได้เมื่อเทียบกับเมทริกซ์เมมเบรนชนิดเดียว

คุณสมบัติเชิงกลและคุณสมบัติการกั้นเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญในการประเมินความเหมาะสมของฟิล์มบรรจุภัณฑ์ การเติมซินนามัลดีไฮด์จะทำให้เกิดการเชื่อมโยงกับเมทริกซ์ของเยื่อพอลิเมอร์ จึงช่วยลดความลื่นไหลของโมเลกุล การลดลงของความยืดตัวเมื่อขาดเกิดจากการขาดตอนของโครงสร้างเครือข่ายพอลิแซ็กคาไรด์ และการเพิ่มขึ้นของความแข็งแรงดึงเกิดจากการเพิ่มขึ้นของกลุ่มไฮโดรฟิลิกในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปฟิล์มที่เกิดจากการเติมซินนามัลดีไฮด์ นอกจากนี้ การซึมผ่านของก๊าซของเยื่อคอมโพสิตซินนามัลดีไฮด์โดยทั่วไปจะเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจเกิดจากการกระจายตัวของซินนามัลดีไฮด์เข้าไปในพอลิเมอร์เพื่อสร้างรูพรุน ช่องว่าง และช่องทาง ลดความต้านทานการถ่ายโอนมวลของโมเลกุลน้ำ และในที่สุดนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของการซึมผ่านของก๊าซของเยื่อคอมโพสิตซินนามัลดีไฮด์ คุณสมบัติเชิงกลและการซึมผ่านของเยื่อคอมโพสิตหลายชนิดมีความคล้ายคลึงกัน แต่โครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุพอลิเมอร์แต่ละชนิดแตกต่างกัน และปฏิกิริยาที่แตกต่างกันกับซินนามัลดีไฮด์จะส่งผลต่อประสิทธิภาพของฟิล์มบรรจุภัณฑ์ และส่งผลต่อการใช้งาน ดังนั้นการเลือกวัสดุพอลิเมอร์และความเข้มข้นที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญมาก

ประการที่สอง วิธีการยึดติดด้วยซินนามัลดีไฮด์และฟิล์มบรรจุภัณฑ์

อย่างไรก็ตาม ซินนามัลดีไฮด์ละลายในน้ำได้น้อยมาก โดยมีความสามารถในการละลายเพียง 1.4 มิลลิกรัมต่อมิลลิลิตร แม้ว่าเทคโนโลยีการผสมจะง่ายและสะดวก แต่เฟสสองเฟสของซินนามัลดีไฮด์ที่ละลายในไขมันและเมทริกซ์เมมเบรนที่ละลายในน้ำนั้นไม่เสถียร และสภาวะอุณหภูมิสูงและความดันสูงที่มักจำเป็นในกระบวนการขึ้นรูปฟิล์มจะลดความเข้มข้นของซินนามัลดีไฮด์ที่ใช้งานได้ในเมมเบรนลงอย่างมาก ทำให้ยากที่จะได้ผลการยับยั้งแบคทีเรียที่เหมาะสม เทคโนโลยีการฝังตัวเป็นกระบวนการใช้ผนังวัสดุเพื่อห่อหุ้มหรือดูดซับสารออกฤทธิ์ที่ต้องการฝังตัวเพื่อให้การสนับสนุนประสิทธิภาพหรือการป้องกันทางเคมี การใช้เทคโนโลยีการฝังตัวเพื่อตรึงซินนามัลดีไฮด์ในวัสดุบรรจุภัณฑ์สามารถทำให้มีการปลดปล่อยอย่างช้าๆ ปรับปรุงอัตราการกักเก็บ ยืดอายุการต้านเชื้อแบคทีเรียของฟิล์ม และปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของฟิล์มบรรจุภัณฑ์ให้เหมาะสม ในปัจจุบัน วิธีการสร้างตัวนำส่งซินนามัลดีไฮด์ร่วมกับฟิล์มบรรจุภัณฑ์ที่ใช้กันทั่วไปสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท ได้แก่ การสร้างตัวนำส่งแบบสังเคราะห์ และการสร้างตัวนำส่งแบบธรรมชาติ ซึ่งรวมถึงการฝังพอลิเมอร์ การฝังนาโนไลโปโซม การฝังไซโคลเดกซ์ทริน การจับยึดหรือการบรรจุนาโนเคลย์ การผสมผสานระหว่างการประกอบตัวเองของชั้นและการปั่นด้วยไฟฟ้าสามารถช่วยปรับปรุงตัวนำส่งซินนามัลดีไฮด์ให้เหมาะสมยิ่งขึ้น และสามารถพัฒนากลไกการออกฤทธิ์และขอบเขตการใช้งานของซินนามัลดีไฮด์ได้

การประยุกต์ใช้ฟิล์มบรรจุภัณฑ์อาหารที่มีสารออกฤทธิ์เป็นซินนามอนอัลดีไฮด์

อาหารแต่ละชนิดมีปริมาณน้ำ องค์ประกอบทางโภชนาการ สภาพการเก็บรักษาและการขนส่งที่แตกต่างกัน และพลวัตการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดการเน่าเสียก็แตกต่างกันมากเช่นกัน ดังนั้น ผลการถนอมอาหารของบรรจุภัณฑ์ต้านเชื้อแบคทีเรียซินนามัลดีไฮด์จึงแตกต่างกันไปสำหรับอาหารแต่ละชนิดด้วย

1. ประสิทธิภาพในการคงความสดของผักและผลไม้

ประเทศจีนอุดมไปด้วยทรัพยากรธรรมชาติ โดยเฉพาะผักและผลไม้ที่มีการผลิตและบริโภคในตลาดอย่างมหาศาล อย่างไรก็ตาม ผักและผลไม้มีปริมาณความชื้นและน้ำตาลสูง มีคุณค่าทางโภชนาการสูง และเสี่ยงต่อการปนเปื้อนจากจุลินทรีย์และการเสื่อมสภาพระหว่างการเก็บรักษา การขนส่ง และการจำหน่าย ปัจจุบัน การใช้ฟิล์มบรรจุภัณฑ์ต้านเชื้อแบคทีเรียเป็นวิธีการสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพการเก็บรักษาและการขนส่งผักและผลไม้ และยืดอายุการเก็บรักษา ฟิล์มคอมโพสิตซินนามัลดีไฮด์-กรดโพลีแลคติกที่ใช้บรรจุภัณฑ์แอปเปิลสามารถลดการสูญเสียสารอาหาร ยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อรา และยืดระยะเวลาการเก็บรักษาแอปเปิลได้ถึง 16 วัน เมื่อใช้ฟิล์มบรรจุภัณฑ์อาหารที่มีซินนามัลดีไฮด์ในการบรรจุแครอทหั่นสด พบว่าสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อราและยีสต์ ลดอัตราการเน่าเสีย และยืดอายุการเก็บรักษาได้ถึง 12 วัน

2. ประสิทธิภาพในการรักษาความสดของผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์ เนื้อสัตว์อุดมไปด้วยโปรตีน ไขมัน และสารอาหารอื่นๆ มีคุณค่าทางโภชนาการและรสชาติที่เป็นเอกลักษณ์ ที่อุณหภูมิห้อง การเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ทำให้โปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมันในเนื้อสัตว์เสื่อมสภาพ ส่งผลให้เนื้อสัตว์เน่าเสีย ผิวเหนียว สีคล้ำ สูญเสียความยืดหยุ่น และมีกลิ่นไม่พึงประสงค์ ฟิล์มบรรจุภัณฑ์อาหารที่มีส่วนผสมของซินนามัลดีไฮด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในบรรจุภัณฑ์เนื้อหมูและปลา โดยส่วนใหญ่จะยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อ Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Aeromonas, ยีสต์, แบคทีเรียกรดแลคติก และแบคทีเรียอื่นๆ และสามารถยืดอายุการเก็บรักษาได้ 8-14 วัน

3. ประสิทธิภาพในการคงความสดของผลิตภัณฑ์นม ปัจจุบัน การบริโภคผลิตภัณฑ์นมในประเทศจีนเพิ่มขึ้นทุกปี ชีสเป็นผลิตภัณฑ์นมหมักที่มีคุณค่าทางโภชนาการและโปรตีนสูง แต่ชีสมีอายุการเก็บรักษาที่สั้น และอัตราการสูญเสียที่อุณหภูมิต่ำยังคงน่าเป็นห่วง การใช้ฟิล์มบรรจุภัณฑ์อาหารที่มีสารซินนามัลดีไฮด์สามารถยืดอายุการเก็บรักษาชีสได้อย่างมีประสิทธิภาพ รักษาคุณภาพรสชาติของชีส และป้องกันการเหม็นหืนของชีส สำหรับชีสแผ่นและซอสชีส อายุการเก็บรักษาจะยืดออกไปเป็น 45 วันและ 26 วันตามลำดับ หลังจากใช้บรรจุภัณฑ์ที่มีสารซินนามัลดีไฮด์ ซึ่งเอื้อต่อการประหยัดทรัพยากร

4. ผลการรักษาความสดของอาหารประเภทแป้ง ขนมปังและเค้กเป็นผลิตภัณฑ์จากแป้ง ทำจากแป้งสาลี มีลักษณะนุ่ม ฟู หวาน และอร่อย อย่างไรก็ตาม ขนมปังและเค้กมีอายุการเก็บรักษาที่สั้นและเสี่ยงต่อการปนเปื้อนของเชื้อราในระหว่างการจำหน่าย ส่งผลให้คุณภาพเสื่อมลงและเกิดการสูญเสียอาหาร การใช้บรรจุภัณฑ์อาหารที่มีสารออกฤทธิ์ซินนามัลดีไฮด์ในเค้กฟองน้ำและขนมปังแผ่นสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตและการแพร่กระจายของเชื้อราเพนิซิลเลียมและราดำ และยืดอายุการเก็บรักษาได้นาน 10-27 วัน ตามลำดับ

 

ซินนามัลดีไฮด์มีข้อดีคือมีแหล่งที่มาอุดมสมบูรณ์ มีฤทธิ์ยับยั้งแบคทีเรียสูง และมีความเป็นพิษต่ำ ในฐานะสารยับยั้งแบคทีเรียในบรรจุภัณฑ์อาหารแบบแอคทีฟ ความเสถียรและการปลดปล่อยซินนามัลดีไฮด์อย่างช้าๆ สามารถปรับปรุงได้โดยการสร้างและปรับปรุงตัวนำส่ง ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการปรับปรุงคุณภาพการเก็บรักษาและการขนส่งอาหารสด และการยืดอายุการเก็บรักษาอาหาร ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ซินนามัลดีไฮด์ประสบความสำเร็จและมีความก้าวหน้ามากมายในการวิจัยด้านการถนอมอาหารในบรรจุภัณฑ์ แต่การวิจัยด้านการประยุกต์ใช้ที่เกี่ยวข้องยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และยังมีปัญหาบางประการที่ต้องแก้ไข โดยการศึกษาเปรียบเทียบผลกระทบของตัวนำส่งที่แตกต่างกันต่อคุณสมบัติเชิงกลและคุณสมบัติการกั้นของเยื่อหุ้ม การสำรวจเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกการออกฤทธิ์ของซินนามัลดีไฮด์และตัวนำส่งและจลนศาสตร์การปลดปล่อยในสภาพแวดล้อมต่างๆ การศึกษาอิทธิพลของกฎการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ในอาหารต่อการเน่าเสียของอาหาร และกลไกการควบคุมของบรรจุภัณฑ์ต้านแบคทีเรียต่อเวลาและความเร็วในการปลดปล่อยสารต้านจุลินทรีย์ ออกแบบและพัฒนาบรรจุภัณฑ์แบบแอคทีฟที่สามารถตอบสนองความต้องการด้านการถนอมอาหารที่แตกต่างกันได้