CC BY
83
Щ\УПАКОВКА И ЛОГИСТИКА
ТЕМА НОМЕРА
УДК 637.1: 621.798
Полиэтиленовая пленка
с антимикробными свойствами
А.В. Шалаева, аспирант, О.Б. Федотова, канд. техн. наук ВНИИ молочной промышленности
Еще в 1917 г. химик И.К. Траубен-берг писал, что «белое вещество коры березы (Ве1и1а) уже давно привлекало к себе внимание химиков» [1]. К сожалению, почти на столетие данное вещество было незаслуженно забыто и практически не изучалось. Многочисленные исследования начали проводить лишь в последние десятилетия. Активно изучаются способы извлечения бетулина из коры березы [2], его химическая [3], биологическая [4] и фармакологическая активность [5].
Широкий спектр свойств бетулина - адаптогенные, антиоксидант-ные, антигипоксантные, антимутагенные, гепатопротекторные, гипо-липидемические, иммуномодуля-торные, противовоспалительные, противовирусные, противобактери-альные, онкопротекторные - позволяет значительно расширить области его применения.
Один из возможных способов использования антибактериальных свойств бетулина - применение его в качестве модификатора упаковочных полимерных материалов. Основная функция упаковки - защита упакованного в неё продукта от попадания нежелательных запахов, загрязнения посторонними веществами и микроорганизмами. С первыми двумя проблемами успешно справляются практически все используемые на сегодняшний день упаковочные материалы. Возможность попадания в продукт чужеродных микроорганизмов и, как следствие, возможность вторичного обсеменения продуктов ставят задачу создания новых материалов для упаковки, обладающих антибактериальными свойствами.
Существует ряд полимерных упаковочных материалов, модифицированных различными веществами, обладающими бактерицидными и консервирующими свойствами: лау-рилтиодипропионатом [6], фосфатом или роданитом серебра [7], пищевыми консервантами [8]. Тем не менее, применение природных соединений представляется более пер-
Ключевые слова: упаковка; полимерные пленки; модификация; антимикробные свойства; экстракт коры березы
Key words: packing; polymeric a film; modification; antimicrobic properties; an extract of a bark of a birch
спективным в связи с их высокой активностью и доступностью.
Так, бетулин выделяют из внешнего слоя коры березы, которая является отходом крупнотоннажного процесса заготовки березы. Содержание его варьируется от 10 до 35 % в зависимости от вида березы, места и условий ее произрастания, возраста дерева, сезона и т.д. [3]. Бетулин представляет собой кристаллическое вещество формулы С36Н60О3, не имеющее запаха, с температурой плавления 1пл= 258 °С (по Гаусману); в воде растворимо очень мало, сравнительно хорошо растворяется в кипящем алкоголе, эфире, хлороформе и бензоле. Поскольку бетулин - соединение полициклического скелета, относящееся к классу тритерпенов ряда лупана, то проявляет характерную для этого класса высокую биологическую активность.
Модификация полимерных материалов осуществляется за счет введения модифицирующей добавки в
виде гранул или порошка при переработке гранул полимера в материал. В этом случае лимитирующим фактором служит температура горения вводимых веществ, поскольку при значениях, приближенных к температуре переработки, неизбежна деструкция материала.
Также возможна обработка растворами модификаторов полимерных материалов после их получения, но плохая растворимость бетулина не позволяет использовать этот метод. В то же время высокая температура плавления делает возможным его введение непосредственно на стадии переработки полимера.
Проведены опытные технологические работы по выпуску полиэтиленовой пленки, содержащей в качестве модификатора экстракт коры березы, основной действующий компонент которого - бетулин. При этом применяли суперконцентрат -гранулы, содержащие полиэтилен (ПЭ) и добавку. Заданная концентрация добавки в получаемой пленке была достигнута за счет смешения гранул суперконцентрата и гранул полиэтилена в рассчитанных пропорциях.
Полимерные композиции были переработаны методом экструзии через кольцевую головку с последующим раздувом рукава на лабораторной установке МИПП-НПО «Пластик». Температуры переработки композиции - 180...190...200...180 °С. Пленки получали на стандартном
{контроль] добавки добавки добавки
Рис. 1. Прочность сварного соединения
PACKAGING AND LOGISTICS Щ
1
300 250 200 150 100 50 0
у = -ЗООООу1 + 37000*'' - 1J 900*+1990
0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
Концентрация добавки в полиэтиленовой пленке, %
Рис. 2. Оптимизационная модель количества добавки в зависимости от ингибирующего эффекта по отношению к дрожжам
200
150
100
50
у- -29000) ' + ЗЗЕЗДК2 - 13885* + 1799
шВ
0,2
0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
Концентрация добавки в полиэтиленовой пленке, %
0,5
Рис. 3. Оптимизационная модель количества добавки в зависимости от ингибирующего эффекта по отношению к плесневым грибам
0
оборудовании без изменений технологического режима. Толщина пленки - 45±5 мкм. На поверхностях образцов пленки, содержащей 1 % добавки и более, обнаружен белый налет, ухудшающий внешний вид материала.
Для оценки качества полученных пленочных материалов изучали их эксплуатационные характеристики. Установлено, что происходит незначительное (около 5%) снижение разрушающего напряжения и небольшое увеличение относительного удлинения при растяжении (около 10 %), т. е. введение антибактериального компонента существенного влияния на данные показатели не оказывает.
На лабораторной сварочной машине были сформированы сварные швы. Исследовали изменения прочности сварных швов в зависимости
от количества модификатора. На рис. 1 видно, что значение прочности сварного шва выше для пленок, содержащих добавку. Хотя с увеличением содержания добавки наблюдается некоторое уменьшение прочности, ее значение остается выше, чем у контрольной пленки.
По результатам проведенных микробиологических исследований оценивали степень проявления антимикробной активности. Использовали метод принудительного обсеменения мутью с концентрацией дрожжей и плесневых грибов 2-104 КОЕ/см3.
С увеличением концентрации антибактериальное воздействие модификатора на микроорганизмы усиливается. Наибольшую антимикробную активность полимерная пленка, модифицированная экстрактом коры березы, оказывает на дрожжи. При содержании 0,2 % добавки в пленке
число колонии дрожжей уменьшается на два порядка, а при содержании 0,5 % и выше остается лишь несколько десятков колоний.
Для оптимизации технологии производства пленочного упаковочного материала, модифицированного экстрактом коры березы, был выбран однофакторный план эксперимента и разработаны оптимизационные математические модели. В качестве показателя, влияющего на антимикробную эффективность упаковочного материала, выбрана концентрация добавки в пленке (рис. 2 и 3).
В результате анализа оптимизационных моделей можно сделать вывод о том, что по проявлению антимикробной активности наиболее оптимальны пленки, модифицированные экстрактом коры березы в количестве от 0,3 до 0,5 %.
ЛИТЕРАТУРА
1. Траубенберг, И.К. Исследование бетулина//И.К. Траубенберг. - М.: Печ. А. Снегиревой, 1917. - 112 с.
2. Кузнецова, С.А. Получение химических продуктов из древесной биомассы с применением катализаторов и активирующих воздействий: дис. ... д-ра хим. наук: 05.21.03. -Красноярск: Сиб. гос. технол. ун-т, 2005. - 356 с.
3. Шабанова, Н.Ю. Терпеноиды бересты и луба березы Betula pendula Roth. Синтез бетулиновой кислоты: дис.... канд. хим. наук/Н.Ю. Шабанова.- Санкт-Петербург, 2005. - 156 с.
4. Цымбал, И.Н. Закономерности антиоксидантного действия природных и синтетических тритерпеноидов ряда лупана и ß-амирина: дис. ... канд. хим. наук/И.Н. Цымбал. - Тюмень, 2004. - 146 с.
5. Карлина, М.В. Изучение фармакологических свойств и разработка новой лекарственной формы бету-лина: дис. ... канд. биол. наук/М.В. Карлина. - Санкт-Петербург, 2005. -171 с.
6. Яковлева, Л.А. Полимерная упаковка нового поколения с бактерицидными свойствами/Л.А. Яковлева, Б.Ф.Колесников, Г.А.Кондрашов, А.В.Маркелов//Хранение и переработка сельхозсырья. - 1999.-№ 6. - С. 44-45.
7. Патент RU 2318846.
8. Ухарцева И.Ю. Антисептические свойства активных полимерных упаковочных пленок/И.Ю. Ухарцева, А.В. Макаревич, В.А. Гольдаде, Д.А. Орехов//Хранение и переработка сельхозсырья. - 1994. - № 5. - С. 46-48.
