DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-81933-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39762269
تاريخ النشر: 2025-01-06
المؤلف: Salah A.A. Mohamed وآخرون
الموضوع الرئيسي: الرمان: التركيب والفوائد الصحية
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تطوير المركبات الحيوية النشطة لتغليف المواد الغذائية، مع التركيز بشكل خاص على تلوث السلع الغذائية بالسموم الفطرية الناتجة عن الفطريات السامة. تركز الدراسة على ثلاثة تركيبات مركبة تعتمد على السليلوز الكربوكسي ميثيل/الشلاك (CMC/SH) المحملة بمستخلص الرمان (POE) وزيت الجوجوبا (JOE) بتركيزات متفاوتة. لوحظت تحسينات ملحوظة في الخصائص الميكانيكية، مثل قوة الشد والمرونة، خاصة في المركب المعين E9 (0.3/3 ملغ/مل من POE/JOE). من بين التركيبات، أظهر E10 (0.3/1 من POE/JOE) أعلى مستويات من المركبات الفينولية والفلافونويد، مما يدل على نشاطات مضادة للأكسدة ومضادة للميكروبات ومضادة للسموم الفطرية بشكل كبير.
كما قامت الدراسة بتقييم فعالية ستة مركبات مضادة للميكروبات مختارة لتغطية بذور الذرة في سيناريو تلوث فطري محاكى، حيث تم تحديد E10 كأكثر التركيبات فعالية لتطبيقات تغليف المواد الغذائية. كشفت خصائص E10 عن استقرار جيد في المستحلب ومقاييس حجم الجسيمات، إلى جانب جهد زتا يبلغ 38.74 مللي فولت، مما يدل على استقرار جيد في التشتت. سلطت دراسات الربط الجزيئي في الحاسوب الضوء على قوة ارتباط المركبات الرئيسية في المستخلصات مع الإنزيمات المرتبطة بنمو البكتيريا وتخليق الأفلاتوكسين. تشير النتائج إلى أن E10 هو مرشح واعد لتعزيز مدة صلاحية المنتجات الحبوب من خلال تقليل المخاطر المرتبطة بالفطريات السامة وسمومها، مما يستدعي المزيد من الاستكشاف لمواد مركبة مماثلة لتطبيقات أوسع في حفظ الطعام.
طرق
في هذه الدراسة، استخدم الباحثون مواد خام ومواد كيميائية وسلالات ميكروبية متنوعة للتحقيق في الخصائص المضادة للبكتيريا والفطريات للأفلام المركبة المخصصة لتغليف المواد الغذائية. تم الحصول على الأفلاتوكسين B1 القياسي (AFB1) من Sigma-Aldrich، بالإضافة إلى حمض الأسكوربيك من الدرجة التحليلية، وحمض الجاليك، وDPPH، والكاتيكول. تضمنت السلالات البكتيرية المختارة للاختبارات المضادة للبكتيريا سلالات إيجابية الغرام مثل *Bacillus cereus* و*Staphylococcus aureus*، بالإضافة إلى سلالات سلبية الغرام مثل *Salmonella typhi* و*Pseudomonas aeruginosa*، جميعها تم الحصول عليها من مجموعة DSMZ الميكروبية. بالنسبة للتقييمات المضادة للفطريات، تم استخدام أربع سلالات فطرية سامة، بما في ذلك *Aspergillus flavus* و*Fusarium graminearum*، تم الحصول عليها من مجموعة الثقافة الميكروبية للزراعة الغذائية في إيطاليا.
تم استخراج مستخلص قشر الرمان (POE) باستخدام محلول أيزوبروبيلي مائي صديق للبيئة (80%)، معززًا بالاستخراج بالموجات فوق الصوتية عند 80 كيلوهرتز لمدة 40 دقيقة. تم تجفيف POE بالتجميد للحفاظ عليه. بالإضافة إلى ذلك، تم استخراج زيت الجوجوبا الخام (JOE) من بذور طازجة باستخدام طريقة الضغط البارد، مما يضمن جمع الزيت وتخزينه بشكل مناسب. كانت هذه المنهجية تهدف إلى تقييم فعالية الأفلام المركبة في تقليل التلوث الميكروبي في المنتجات الغذائية، مما يبرز إمكانيات المستخلصات الطبيعية في تطبيقات تغليف المواد الغذائية.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على سبيل المثال، أظهر تطبيق تحليل الانحدار أن المتغير $X$ له تأثير إيجابي على المتغير $Y$، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثير الملحوظ ذو دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسينات قابلة للقياس في النتائج المستهدفة، مع حساب أحجام التأثير لت quantifying حجم هذه التغييرات. يضع النقاش هذه النتائج في سياق الأدبيات الحالية، مما يبرز آثارها على الأبحاث المستقبلية والتطبيقات العملية. بشكل عام، تسهم النتائج في فهم أعمق للظواهر المدروسة وتقترح طرقًا لمزيد من الاستكشاف.
نقاش
في هذا القسم، تناقش الدراسة إعداد وخصائص المواد المركبة لتغليف المواد الغذائية، مع التركيز على دمج الأحماض الدهنية والمركبات الحيوية النشطة. تم تحليل استرات الأحماض الدهنية الميثيلية (FAMEs) باستخدام كروماتوغرافيا الغاز، مما يكشف عن تركيبات محددة تُعلم صياغة مركبات CMC/شلاك، التي أظهرت خصائص ميكانيكية محسنة مثل المرونة وقوة الشد. تم إعداد المركبات بنسب متفاوتة من CMC والشلاك، إلى جانب مكونات حيوية نشطة مثل مستخلص زيت الجوجوبا (JOE) ومستخلص زيت الرمان (POE)، لتحسين خصائصها الوظيفية لحفظ الطعام.
شملت خصائص هذه المركبات اختبارات صارمة لقوة الميكانيكية، ونفاذية الهواء، ونشاط مضادات الأكسدة. أشارت النتائج إلى أن المركبات التي تحتوي على تركيزات أعلى من POE وJOE أظهرت تحسينات كبيرة في قوة الشد وقوة الانفجار، بالإضافة إلى تحسين نفاذية الهواء. بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم القدرة المضادة للأكسدة من خلال اختبارات متنوعة، مما يظهر ارتباطًا قويًا بين المحتوى الكلي من الفينولات والفلافونويد ونشاط مضادات الأكسدة. استكشفت الدراسة أيضًا الخصائص المضادة للميكروبات للمركبات ضد السلالات الفطرية، مع التركيز بشكل خاص على فعاليتها في تثبيط إنتاج الأفلاتوكسين، وهو أمر حاسم لسلامة الغذاء. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن هذه المركبات الحيوية النشطة تحمل وعدًا لحلول فعالة لتغليف المواد الغذائية، تجمع بين القوة الميكانيكية وخصائص مضادات الأكسدة والمضادة للميكروبات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-81933-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39762269
Publication Date: 2025-01-06
Author(s): Salah A.A. Mohamed et al.
Primary Topic: Pomegranate: compositions and health benefits
Overview
The research investigates the development of bioactive composites for food packaging, specifically targeting the contamination of food commodities by mycotoxins produced by toxigenic fungi. The study focuses on three composite formulations based on carboxymethyl cellulose/shellac (CMC/SH) loaded with pomegranate extract (POE) and jojoba oil (JOE) at varying concentrations. Notable improvements in mechanical properties, such as tensile strength and flexibility, were observed, particularly in the composite designated E9 (0.3/3 mg/mL of POE/JOE). Among the formulations, E10 (0.3/1 of POE/JOE) exhibited the highest levels of phenolic and flavonoid compounds, demonstrating significant antioxidant, antimicrobial, and anti-mycotoxigenic activities.
The study further evaluated the efficacy of six selected antimicrobial composites for coating corn seeds in a simulated fungal contamination scenario, identifying E10 as the most effective formulation for food packaging applications. Characterization of E10 revealed favorable emulsion stability and particle size metrics, alongside a zeta potential of 38.74 mV, indicating good dispersion stability. In-silico molecular docking studies highlighted the strong binding affinities of key compounds in the extracts against enzymes linked to bacterial growth and aflatoxin biosynthesis. The findings suggest that E10 is a promising candidate for enhancing the shelf life of cereal products by mitigating the risks associated with toxigenic fungi and their mycotoxins, warranting further exploration of similar composite materials for broader applications in food preservation.
Methods
In this study, the researchers utilized various raw materials, chemicals, and microbial strains to investigate the antibacterial and antifungal properties of composite films intended for food packaging. The standard aflatoxin B1 (AFB1) was sourced from Sigma-Aldrich, along with analytical-grade ascorbic acid, gallic acid, DPPH, and catechol. The bacterial strains selected for the antibacterial assays included Gram-positive strains such as *Bacillus cereus* and *Staphylococcus aureus*, as well as Gram-negative strains like *Salmonella typhi* and *Pseudomonas aeruginosa*, all obtained from the DSMZ microbial collection. For antifungal assessments, four toxigenic fungal strains, including *Aspergillus flavus* and *Fusarium graminearum*, were used, sourced from the agro-food microbial culture collection in Italy.
The extraction of pomegranate peel extract (POE) was performed using an eco-friendly aqueous isopropyl solution (80%), enhanced by ultrasonic extraction at 80 kHz for 40 minutes. The POE was lyophilized for preservation. Additionally, jojoba crude oil (JOE) was extracted from fresh seeds using a cold press method, ensuring the oil was collected and stored appropriately. This methodology aimed to evaluate the efficacy of the composite films in mitigating microbial contamination in food products, highlighting the potential of natural extracts in food packaging applications.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. For instance, the application of regression analysis revealed that variable $X$ has a positive effect on variable $Y$, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effect is statistically significant.
Additionally, the results demonstrate that the intervention applied in the study led to measurable improvements in the targeted outcomes, with effect sizes calculated to quantify the magnitude of these changes. The discussion contextualizes these findings within the existing literature, emphasizing their implications for future research and practical applications. Overall, the results contribute to a deeper understanding of the phenomena studied and suggest avenues for further exploration.
Discussion
In this section, the study discusses the preparation and characterization of composite materials for food packaging, focusing on the incorporation of fatty acids and bioactive compounds. Fatty acids methyl esters (FAMEs) were analyzed using gas chromatography, revealing specific compositions that inform the formulation of CMC/Shellac composites, which exhibited enhanced mechanical properties such as elasticity and tensile strength. The composites were prepared with varying ratios of CMC and Shellac, alongside bioactive components like jojoba oil extract (JOE) and pomegranate oil extract (POE), to optimize their functional properties for food preservation.
The characterization of these composites involved rigorous testing for mechanical strength, air permeability, and antioxidant activity. Results indicated that composites with higher concentrations of POE and JOE demonstrated significant improvements in tensile and burst strength, as well as enhanced air permeability. Additionally, the antioxidant capacity was assessed through various assays, showing a strong correlation between total phenolic and flavonoid content and antioxidant activity. The study also explored the antimicrobial properties of the composites against fungal strains, particularly focusing on their efficacy in inhibiting aflatoxin production, which is crucial for food safety. Overall, the findings suggest that these bioactive composites hold promise for effective food packaging solutions, combining mechanical strength with antioxidant and antimicrobial properties.