Encapsulation of lemongrass oil for antimicrobial and biodegradable food packaging applications

Abstract

In this study, lemongrass oil (LEO) was encapsulated into polymer solutions consisting of gelatin and polycaprolactone by electrospinning method and it was designed to be used as food packaging by giving the polymers antimicrobial properties. First, the microbial activity of LEO used was determined, and the minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentrations (MBC) against four different foodborne pathogens were determined. MIC values varied from 0.03-0.06 μL/m and MBC values ranged from 0.03 to 0.12 μL/mL. The chemical composition was determined by the GC-MS study and the purity of the LEO was verified. The experimental design was formulated and the polymer/LEO mixtures were prepared in the proportions determined in compliance with this design. Physical properties of these prepared polymer solutions, such as conductivity, surface tension, viscosity and dielectric constant, have been determined and their effect on the mean diameter of the fibers and fiber morphology have been investigated. By measuring the fiber diameter and antimicrobial properties of the nanofibers obtained from solutions at different concentrations that required for experimental design, the optimum nanofiber was selected. The determined optimum nanofiber xiv (0.6 PCL-0.4 Gt-0.95 LEO) and Gt / (0-0.5-1LEO) nanofibers as edible food packaging was fabricated. Average diameter of nanofibers was found to be 110 ± 39 nm only for gelatin and it was observed that the diameter increased with increasing LEO amount. The optimum PCL / Gt and Gt nanofibers were found to have approximately 99% antimicrobial activity against Salmonella Typhimurium and Staphlycococcus aureus bacteria. The FTIR analysis revealed that polymers and LEO had been encapsulated without chemical interaction. In addition, the thermal properties of all components were examined. Finally, the fabricated antimicrobial nanofibers were coated on chicken breast samples, stored for 7 days at refrigerator

Bu çalışmada limon otu yağı (LEO), jelatin ve polikaprolaktondan oluşan polimer çözeltilerine elektroeğirme yöntemiyle enkapsüle edilmiş ve polimerlere antimikrobiyal özellik de kazandırılarak, gıda ambalajı olarak kullanılması için tasarlanmıştır. Öncelikle kullanılan LEO’nun mikrobiyal aktivitesi belirlenmiş, seçilen dört farklı gıda kaynaklı patojene karşı gösterdiği minimum inhibitör konsantrasyon (MIC) ve minimum bakterisidal konsantrasyonları (MBC) belirlenmiştir. MIC değerleri 0.03-0.06 μL/mL arasında değişirken, MBC değerleri 0.03 ve 0.12 μL/mL aralığında bulunmuştur. Ayrıca GC-MS analizi yapılarak kimyasal kompozisyonu belirlenmiş ve LEO’nun saflığı teyit edilmiştir. Deney tasarımı oluşturulmuş ve bu tasarıma göre belirlenen oranlarda polimer/ LEO karışımları hazırlanmıştır. Hazırlanan bu polimer çözeltilerinin iletkenlik, yüzey gerilimi, viskozite ve dielektrik sabiti gibi fiziksel özellikleri belirlenmiş ve oluşan nanoliflerin ortalama çapına ve lif morfolojisine etkisi incelenmiştir. Deney tasarımı için gereken farklı konsantrasyonlardaki çözeltilerden elde edilen nanolifler, lif çapı ve antimikrobiyal özellikleri ölçülerek optimum nanolifin seçimini sağlamıştır. Belirlenen optimum nanolif (0.6 PCL- 0.4 Gt- 0.95 LEO) ve yenilebilir gıda ambalajı olarak kullanılmak üzere Gt/ (0-0.5-1LEO) nanolifleri üretilmiştir. Ortalama nanolif çapları sadece gelatin için 110 ± 39 nm bulunmuş ve artan LEO miktarıyla çapın da arttığı görülmüştür. Optimum PCL/Gt ve Gt nanoliflerin Salmonella Typhimurium ve Staphlycococcus aureus bakterilerine karşı antimikrobiyal etkinliğinin yaklaşık 99% bulunmuştur. Yapılan FTIR analizi sonucunda polimerler ile LEO’nun kimyasal etkileşime girmeden enkapsüle edildiği görülmüştür. Ayrıca tüm bileşenlerin termal özellikleri de incelenmiştir. Son olarak bir uygulama çalışması yapılarak üretilen antimikrobiyal nanolifler tavuk göğsü örneklerine kaplanıp 7 gün boyunca buzdolabı koşullarında depolanarak ve mikrobiyal olarak izlenerek üretilen nanolifin tavuk raf ömrüne etkisi belirlenmiştir.