ДЕФОРМАЦИОННО-ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА БИОПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ АЛЬГИНАТА И ФУКОИДАНА
Аннотация
В данном исследовании получены пленки для покрытия пищевых продуктов с использованием альгината и фукоидана, извлеченных из бурых морских водорослей. Установлено, что варьирование концентрации и соотношения альгината и фукоидана, а также концентрации хлорида кальция, используемого в качестве сшивающего агента, приводит к изменению как жесткости и прочности структуры пленки, так и к изменению ее эластичности. Показано, что наилучшими деформационно-прочностными свойствами обладает пленочный материал, полученный на основе комплекса альгинат-фукоидан с концентрацией и соотношением полисахаридов в реакционной смеси 1 масс.% и 0,25 соответственно, и концентрацией хлорида кальция 0,7 масс.%. Данный образец показал повышенную прочность на разрыв (76 МПа) в сочетании с увеличенным удлинением (4,7%), что указывает на высокое качество пленочного материала. Показано, что с увеличением содержания альгината в реакционной смеси значительно повышается прочность на разрыв полимерной пленки благодаря линейной структуре альгината, обеспечивающей высокую гибкость материалов на его основе. Проведена оценка антимикробной активности разработанного пленочного материала c оптимальными деформационно-прочностными свойствами в отношении одной грамположительной Bacillus subtilis и трех грамотрицательных Pseudomonas aeruginosa, Proteus mirabilis и Escherichia coli бактерий, которые могут вызвать порчу продуктов питания или пищевые отравления. Установлена высокая антибактериальная активность полученных биополимерных пленок в отношении всех исследуемых микроорганизмов. Результаты исследования подтверждают возможность применения материалов на основе альгината и фукоидана в качестве пищевых покрытий.
Для цитирования:
Елисеева И.С., Бровко О.С., Горшкова Н.А., Паламарчук И.А., Казаков Я.В. Деформационно-прочностные свойства биополимерных пленок на основе альгината и фукоидана. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 1. С. 99-108. DOI: 10.6060/ivkkt.20266901.7268.
Литература
Gomaa M., Fawzy M.A., Hifney A.F., Abdel-Gawad K.M. Use of the brown seaweed Sargassum latifolium in the design of alginate-fucoidan based films with natural antioxidant properties and kinetic modeling of moisture sorption and polyphenolic release. Food Hydrocoll. 2018. V. 82. P. 64-72. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2018.03.053.
Cazon P., Velázquez G., Rami Rez J.A., Vázquez M. Polysaccharide-based films and coatings for food packaging: A review. Food Hydrocoll. 2017. V. 68. P. 136-148. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2016.09.009.
Zolek-Tryznowska Z., Kaluza A. The influence of starch origin on the properties of starch films: Packaging perfor-mance. Materials. 2021. V. 14. N 5. 1146. DOI: 10.3390/ ma14051146.
Pavlenok A.V., Davydova O.V., Drobyshevskaya N.E., Poddenezhny E.N., Boyko A.A., Shapovalov V.M. Prepa-ration and properties of biodegradable composite materials based on polyvinyl alcohol and starch. Vestn. GGTU im. P.O. Sukhogo. 2018. N 1. P. 38-46 (in Russian).
Xu Q., Chen C., Rosswurm K., Yao T., Janaswamy S. A facile route to prepare cellulose-based films. Carbohydr. Polym. 2016. V. 149. P. 274-281. DOI: 10.1016/j.carbpol.2016.04.114.
Brovko O.S., Palamarchuk I.A., Boitsova T.A., Bogolitsyn K.G., Kazakov Ya.V., Chukhchin D.G., Valchuk N.A. Deformation and strength properties of composite membranes based on biopolyelectrolyte complexes. Khim. Volokna. 2015. N 4. P. 45-52 (in Russian). DOI: 10.1007/s10692-016-9677-6.
Nagula M.N., Kuznetsova L.S. Protective coatings based on biopolymers for the food industry. Pishch. Prom-st'. 2009. N 6. P. 22-24 (in Russian).
Casariego A., Souza B.W.S., Cerqueira M.A., Teixeira J.A., Cruz L., Díaz R., Viceente A. Chitosan/clay films’ properties as affected by biopolymer and clay micro/nanoparticles’ concentrations. Food Hydrocoll. 2009. V. 23. N 7. P. 1895-1902. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2009.02.007.
Rybkina S.P. Pakharenko V.V., Bulakh V.Yu., Pakharenko V.A. Biodegradable packaging materials based on polysaccharides (starch). Plast. Massy. 2012. N 2. P. 61-64 (in Russian).
Wang B., Lin C., Duan C., Li J., Chen H., Xu J., Zeng J., Gao W., Wei W. Physicochemical characterization of bi-oactive polysaccharides from three seaweed and application of functional fruit packaging films. Int. J. Biol. Macromol. 2024. V. 282. N 2. 136765. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2024.136765.
Fawzy M.A., Gomaa M., Hifney A.F., Abdel-Gawad K.M. Optimization of alginate alkaline extraction technology from Sargassum latifolium and its potential antioxidant and emulsifying properties. Carbohydr. Polym. 2017. V. 157. P. 1903-1912. DOI: 10.1016/j.carbpol.2016.11.077.
Rhim J.W. Physical and mechanical properties of water resistant sodium alginate films. LWT - Food Sci. Technol. 2004. V. 37. N 3. P. 323-330. DOI: 10.1016/J.LWT.2003.09.008.
Aleeva S.V., Fidorovskaya Y.S., Krichevskii G.E., Oltarzhevskaya N.D., Koksharov S.A. Interactions and structural organization in a hybrid nanosystem silver / sodium alginate. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 10. P. 35-45. DOI: 10.6060/ivkkt.20256810.7195.
Benavides S., Villalobos-Carvajal R., Reyes J.E. Physical, mechanical and antibacterial properties of alginate film: Effect of the crosslinking degree and oregano essential oil concentration. J. Food Eng. 2012. V. 110. N 2. P. 232-239. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2011.05.023.
Priyadarshi R., Kim H.J., Rhim J.W. Effect of sulfur nanoparticles on properties of alginate-based films for active food packaging applications. Food Hydrocoll. 2021. V. 110. 106155. DOI: 10.1016/j. foodhyd.2020.106155.
Parreidt T.S., Müller K., Schmid M. Alginate-based edible films and coatings for food packaging applications. Foods. 2018. V. 7. N 10. 170. DOI: 10.3390/foods7100170.
Tammina S.K., Priyadarshi R., Khan A., Manzoor A., Rahman R.S.H.A., Banat F. Recent developments in algi-nate-based nanocomposite coatings and films for biode-gradable food packaging applications. Int. J. Biol. Macromol. 2025. V. 295. 139480. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2025.139480.
Mensah E.O., Kanwugu O.N., Panda P.K., Adadi P. Marine fucoidans: Structural, extraction, biological activities and their applications in the food industry. Food Hydrocoll. 2023. V. 142. 108784. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2023.108784.
Suprunchuk V.E. Creation and properties of biocomposite nanoparticles based on fucoidan as carriers of fibrinolytic enzyme. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 5. P. 87-95. DOI: 10.6060/ivkkt.20236605.6680.
Brovko O., Palamarchuk I., Gorshkova N., Chukhchin D. Investigation of interpolymer complexes of fucoidan with sodium alginate in solutions and films. J. Appl. Phycol. 2024. V. 37. P. 539-551. DOI: 10.1007/s10811-024-03377-w.
Brovko O., Palamarchuk I., Gorshkova N., Bogolitsyn K. Physicochemical properties and compatibility of sodium alginate and fucoidan solutions. Int. J. Biol. Macromol. 2023. V. 243. 125309. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2023.125309.
Synytsya A., Čopíková J., Kim W.J., Park Y.I. Cell wall polysaccharides of marine algae. Springer handbook of marine biotechnology. Berlin: Heidelberg. 2015. P. 543-590. DOI: 10.1007/978-3-642-53971-8_22.
Yusova A.A., Lipatova I.M. Rheological and film-forming properties of mixed solutions of sodium alginate and hyaluronate. Khim. Volokna. 2014. N 3. P. 3-7 (in Russian). DOI: 10.1007/s10692-014-9578-5.
Tabassum Z., Girdhar M., Malik T., Kumar A., Mohan A. Advancing sustainability: a novel biopolymer-based de-gradable nanoclay composite film for nextgeneration pack-aging. Mater. Adv. 2024. V. 5. N 20. P. 8060-8073. DOI: 10.1039/d4ma00476k.
Fawzy M., Gomaa M. Optimization of citric acid treatment for the sequential extraction of fucoidan and alginate from Sargassum latifolium and their potential antioxidant and Fe(III) chelation properties. J. Appl. Phycol. 2021. V. 33. P. 2523-2535. DOI: 10.1007/s10811-021-02453-9.
GOST R ISO 1924-2-2012. Paper and cardboard. A method for determining tensile strength. Part 2. The method of stretching at a constant speed (20 mm/min). Moscow: Standartinform, 2016. 16 p. (in Russian).
Komarov V.I., Kazakov Ya.V. Analysis of the mechanical behavior of pulp and paper materials when applying a tensile load. Lesn. Vestn. 2000. N 3. P. 52-62 (in Russian).
Palanisamy S., Vinosha M., Marudhupandi T., Rajasekar P., Prabhu N.M. In vitro antioxidant and antibacterial activity of sulfated polysaccharides isolated from Spatoglossum asperum. Carbohydr. Polym. 2017. V. 170. P. 296-304. DOI: 10.1016/j.carbpol.2017.04.085.
Gorshkova N., Brovko O., Palamarchuk I., Bogolitsyn K., Ivakhnov A. Preparation of bioactive aerogel material based on sodium alginate and chitosan for controlled release of levomycetin. Polym. Adv. Technol. 2021. V. 32. N 9. P. 3474-3482. DOI: 10.1002/pat.5358.
Olivas G.I., Barbosa-Cánovas G.V. Alginatecalcium flms: Water vapor permeability and mechanical properties as af-fected by plasticizer and relative humidity. LWT – Food Sci. Technol. 2008. V. 41. N 2. P. 359-366. DOI: 10.1016/j.lwt.2007.02.015.
Maizura M., Karim A.A., Bhat R., Uthumporn U., Chew S.H. Physical and mechanical properties sago starch – Alginate films incorporated with calcium chloride. Int. Food Res. J. 2011. V. 18. N 3. P. 1027-1033.
James K., Long H., O'Hara I., Williams B., Moghaddam L. Bio-based film development: Harnessing alginate and fu-coidan extracted from Ascophyllum nodosum with glycerol and choline chloride-based solvent. Food Hydrocoll. 2024. V. 153. 110013. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2024.110013.
