Аннотация

Негативное влияние на окружающую среду синтетических упаковочных материалов для хранения пищевых продуктов стимулирует разработку биоразлагаемых альтернатив из возобновляемого природного сырья. Одним из перспективных направлений является разработка пищевых пленок на основе комбинаций желатина из отходов рыбного промысла и альгината натрия из морских водорослей, что позволяет сочетать экологические преимущества с функциональными характеристиками, необходимыми для применения в пищевой промышленности. Целью данной работы являлись разработка и составление физико-химической характеристики пищевых пленок на основе желатина из кожи холодноводных рыб и альгината натрия в зависимости от их соотношения, а также подбор типа и концентрации пластификатора для дальнейшего применения в качестве упаковочного материала для безопасного и пролонгированного хранения пищевых продуктов. Для создания пищевых пленок использовались смеси желатина из кожи холодноводных рыб и альгината натрия из бурых водорослей с добавками глицерина и сорбитола в качестве пластификаторов. Варьировали содержание рыбного желатина и альгината натрия, а также пластификаторов. У полученных пленок определяли толщину, содержание влаги, паропроницаемось, влагопоглощение, прочность на разрыв и гибкость, а также термические свойства. Для анализа структуры, свойств и термической устойчивости применяли оптическую микроскопию, ИК-спектроскопию и дифференциальную сканирующую калориметрию. Полученные данные подвергались статистической обработке с использованием t-критерия Стьюдента. Установлено оптимальное соотношение компонентов в системе, обеспечивающее формирование пленок с улучшенными механическими и барьерными характеристиками, включая сниженную гигроскопичность и паропроницаемость, а также высокие температуры плавления (135–138 °С). В случае использования в качестве пластификатора сорбитола пленки характеризовались более однородной структурой и, как следствие, более низкими значениями паропроницаемости (829–1122 г/м2) и влагопоглощения (не более 98 %), а также более высокой прочностью при разрыве. Введение глицерина в состав пленок способствует повышению их пластифицирующих характеристик, однако сопровождается ростом паропроницаемости (1572–1895 г/м2) и влагопоглощения (114–179 %). Установленные закономерности и полученные экспериментальные данные могут послужить основой для управления свойствами биополимерных композиций посредством варьирования природы пластификаторов, концентрации и соотношения компонентов в системе, что позволит разрабатывать пищевые пленки с улучшенными механическими характеристиками и пониженной гигроскопичностью.

Ключевые слова

Биоразлагаемые пищевые пленки, хранение, рыбный желатин, альгинат натрия, ИК-спектроскопия, дифференциальная сканирующая калориметрия

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Stoica M, Bichescu CI, Cretu CM, Dragomir M, Ivan AS, et al. Review of bio-based biodegradable polymers: Smart solutions for sustainable food packaging. Foods. 2024;13(19):3027. https://doi.org/10.3390/foods13193027
2. Birania S, Kumar S, Kumar N, Attkan AK, Panghal A, et al. Advances in development of biodegradable food packaging material from agricultural and agro-industry waste. Journal of Food Process Engineering. 2022;45(1):e13930. https://doi.org/10.1111/jfpe.13930
3. Yin Y, Woo MW. Transitioning of petroleum-based plastic food packaging to sustainable bio-based alternatives. Sustainable Food Technology. 2024;2(3):548-566. https://doi.org/10.1039/D4FB00028E
4. Khandeparkar AS, Paul R, Sridhar A, Lakshmaiah VV, Nagella P. Eco-friendly innovations in food packaging: A sustainable revolution. Sustainable Chemistry and Pharmacy. 2024;39:101579. https://doi.org/10.1016/j.scp.2024.101579
5. Roy S, Malik B, Chawla R, Bora S, Ghosh T, et al. Biocompatible film based on protein/polysaccharides combination for food packaging applications: A comprehensive review. International Journal of Biological Macromolecules. 2024;(Part 1): 134658. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.134658
6. Alam MW, Saravanan P, Al-Sowayan NS, Almutairi HH, Rosaiah P, et al. Polysaccharides and proteins based edible coatings for food protection: Classification, properties, & public demands (2020-2024). Journal of Food Measurement and Characterization. 2025;19:1533-1556. https://doi.org/10.1007/s11694-024-03090-9
7. Rahman S, Gogoi J, Dubey S, Chowdhury D. Animal derived biopolymers for food packaging applications: A review. International Journal of Biological Macromolecules. 2024;255:128197. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.128197
8. Jin J, Luo B, Xuan S, Shen P, Jin P, et al. Degradable chitosan-based bioplastic packaging: Design, preparation and applications. International Journal of Biological Macromolecules. 2024;(Part 1):131253. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131253
9. Gulpinar M, Tomul F, Arslan Y, Tran HN. Chitosan-based film incorporated with silver-loaded organo-bentonite or organo-bentonite: Synthesis and characterization for potential food packaging material. International Journal of Biological Macromolecules. 2024;274(Part 2):133197. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.133197
10. Кадималиев Д. А., Парчайкина О. В., Сюсин И. В., Чаиркин И. В., Малафеев А. Н. и др. Влияние транс-глютаминазы на свойства пленок на основе хитозана и желатина. Прикладная биохимия и микробиология. 2021. Т. 57. № 3. С. 262-269. https://doi.org/10.31857/S0555109921030041
11. Матвеева В. Г., Тихонов Б. Б., Лисичкин Д. Р., Сульман М. Г. Получение стабильных биоразлагаемых пленок на основе хитозана для использования в качестве пищевой упаковки. Вестник Тверского государственного университета. Серия «Химия». 2024. № 2. С. 99-105. https://doi.org/10.26456/vtchem2024.2.12
12. Мукатова М. Д., Сколков С. А., Моисеенко М. С., Киричко Н. А. Пищевая биоразлагаемая пленка с использованием хитозана. Вестник астраханского государственного технического университета. Серия: рыбное хозяйство. 2018. № 3. 124-131. https://doi.org/10.24143/2073- 5529-2018-3-124-131
13. El-Sakhawy M, Tohamy HS, AbdelMohsen MM, El-Missiry M. Biodegradable carboxymethyl cellulose based material for sustainable/active food packaging application. Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2023;37(6):2035-2050. https://doi.org/10.1177/08927057231211236
14. Юнусов Х. Э., Сарымсаков А. А., Рашидова С. Ш. Структура и свойства биоразлагаемых пленок карбоксиметилцеллюлозы, содержащих наночастицы серебра. Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2014. Т. 56. № 3. С. 276-281. https://doi.org/10.7868/ S2308112014030183
15. Демидова А. В., Макарова Н. В., Быков Д. Е., Еремеева Н. Б., Быкова Т. О. Исследование съедобной упаковки на основе яблочного пюре с добавкой пластификатора карбоксиметицеллюлозы. Пищевая промышленность. 2016. № 12. С. 8-11. https:// elibrary.ru/XBSOTT
16. Bajer D. Eco-friendly, biodegradable starch-based packaging materials with antioxidant features. Polymers. 2024; 16(7):958. https://doi.org/10.3390/polym16070958
17. Подкидышева М., Петрова А. С. Получение и исследование биоразлагаемой белково-полисахаридной пленки на основе картофельного крахмала. Международный научно-исследовательский журнал. 2023. № 7. https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.133.82
18. Mercadal PA, Picchio ML, Gonzalez A. Food-protecting films based on soy protein isolate and natural deep eutectic solvents: Antimicrobial and antioxidant properties. Food Hydrocolloids. 2024;147(Part A):109414. https://doi.org/10.1016/ j.foodhyd.2023.109414
19. Pires AF, Díaz O, Cobos A, Pereira CD. A review of recent developments in edible films and coatings-focus on whey-based materials. Foods. 2024;13(16):2638. https://doi.org/10.3390/foods13162638
20. Sun F, Zhao J, Shan P, Wang K, Li H, et al. Gelatin-based composite film integrated with nanocellulose and extractmetal complex derived from coffee leaf for sustainable and active food packaging. Food Hydrocolloids. 2025;159:110610. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110610
21. Bhatia S, Al-Harrasi A, Ullah S, Shah YA, Al-Azri MS, et al. Fabrication, characterization and antioxidant activities of pectin and gelatin based edible film loaded with Citrus reticulata L. essential oil. Journal of Food Process Engineering. 2024;47(4):e14583. https://doi.org/10.1111/jfpe.14583
22. Shankar S, Jaiswal L, Rhim JW. Gelatin-based nanocomposite films: Potential use in antimicrobial active packaging. In: Barros-Velazquez J, editor. Antimicrobial Food Packaging. NY: Academic Press; 2025, pp. 461-472. https://doi.org/10.1016/ B978-0-323-90747-7.00030-2
23. Аджиева Н. К., Ермагамбетова А. Д., Тажибаева С. М., Тюсюпова Б. Б., Мусабеков К. Б. Получение и исследование структурно-механических свойств биоразлагаемых пленок на основе желатина. Вестник Алматинского технологического университета. 2024. Т. 143. № 1. С. 133-143. https://doi.org/10.48184/2304-568X-2024- 1-133-143
24. Якубова О. С., Вострикова Л. Н., Кушбанова А. А. Формирование свойств биодеградируемых пленок на основе рыбного желатина. Вестник астраханского государственного технического университета. Серия: рыбное хозяйство. 2024. Т. 2024. № 2. С. 118-127. https://doi.org/10.24143/2073-5529-2024-2-118-127
25. Oliver-Cadena M, Leon-Martmez FM, Renneckar S, Gutierrez MC. Dual system to develop fish gelatin films with improved water resistance properties: Enzymatic cross-linking and multilayer lamination. Journal of Food Measurement and Characterization. 2024;18:7052-7066. https://doi.org/10.1007/s11694-024-02716-2
26. Smaoui S, Chaari M, Agriopoulou S, Varzakas T. Green active films/coatings based on seafood by-products (chitosan and gelatin): A powerful tool in food packaging. Biomass Conversion and Biorefinery. 2025;15:8331-8350. https:// doi.org/10.1007/s13399-024-05669-0
27. Bakry NF, Isa MINM, Sarbon NM. Effect of sorbitol at different concentrations on the functional properties of gelatin/carboxymethyl cellulose (CMC)/chitosan composite films. International Food Research Journal. 2017;24(4):1753-1762.
28. Gomez-Guillen MC, Perez-Mateos M, Gomez-Estaca J, Lopez-Caballero E, Gimenez B, et al. Fish gelatin: A renewable material for developing active biodegradable films. Trends in Food Science & Technology. 2009;20(1):3-16. https://doi.org/ 10.1016/j.tifs.2008.10.002
29. Ghasemlou M, Khodaiyan F, Oromiehie A. Physical, mechanical, barrier, and thermal properties of polyol-plasticized biodegradable edible film made from kefiran. Carbohydrate Polymers. 2011;84(1):477-483. https://doi.org/10.1016/ j.carbpol.2010.12.010
30. Wang X, Zhang H, Zhang X, Shen C, Liu M, et al. A comparison study on effects of polyglycerols on physical properties of alginate films. International Journal of Biological Macromolecules. 2024;254(Part 3):127879. https://doi.org/ 10.1016/j.ijbiomac.2023.127879
31. Sofi AZM, Ispindi NI, Babarinsa OI, Zaudin NAC, Yusuf NNAN, et al. Analysis of the biodegradable plastic formulation of Zea mays L (corn) and Solanum tuberosum (potato) with glycerol and sorbitol as plasticizers. AIP Conference Proceedings. 2025;3271(1):030009. https://doi.org/10.1063/5.0259257
32. Rosmawati R, Sari SF, Asnani A, Embe W, Asjun A, et al. Influence of sorbitol and glycerol on physical and tensile properties of biodegradable-edible film from snakehead gelatin and к-carrageenan. International Journal of Food Science. 2025;2025(1):7568352. https://doi.org/10.1155/ijfo/7568352
33. Xu X, Wang B, Gao W, Sui J, Wang J, et al. Effect of different proportions of glycerol and D-mannitol as plasticizer on the properties of extruded corn starch. Frontiers in Nutrition. 2024;10:1335812. https://doi.org/10.3389/fnut.2023.1335812
34. Khanoonkon N, Dang KM, Yoksan R. Injection-molded thermoplastic cassava starch modified with single and mixed polyol plasticizers. International Journal of Biological Macromolecules. 2024;280(Part 2):136335. https://doi.org/10.1016/ j.ijbiomac.2024.136335
35. Sirbu EE, Dinita A, Tanase M, Portoaca AI, Bondarev A, et al. Influence of plasticizers concentration on thermal, mechanical, and physicochemical properties on starch films. Processes. 2024;12(9):2021. https://doi.org/10.3390/pr12092021
36. Shah YA, Bhatia S, Al-Harrasi A, Tarahi M, Almasi H, et al. Insights into recent innovations in barrier resistance of edible films for food packaging applications. International Journal of Biological Macromolecules. 2024;271(Part 1):132354. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.132354
37. Kumar L, Ramakanth D, Akhila K, Gaikwad KK. Edible films and coatings for food packaging applications: A review. Environmental Chemistry Letters. 2022;20:875-900. https://doi.org/10.1007/s10311-021-01339-z
38. Saklani P, Siddhnath DS, Singh SM. A review of edible packaging for foods. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. 2019;8(7):2885-2895. https://doi.org/10.20546/ijcmas.2019.807.359
39. Cazon P, Velazquez G, Ramfrez JA, Vazquez M. Polysaccharide-based films and coatings for food packaging: A review. Food Hydrocolloids. 2017;68:136-148. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2016.09.009
40. Mohamed SAA, El-Sakhawy M, El-Sakhawy MA. Polysaccharides, protein and lipid-based natural edible films in food packaging: A review. Carbohydrate Polymers. 2020;238:116178. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116178
41. Dou L, Li B, Zhang K, Chu X, Hou H. Physical properties and antioxidant activity of gelatin-sodium alginate edible films with tea polyphenols. International journal of biological macromolecules. 2018;118(Part B):1377-1383. https:// doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.06.121
42. Chaari M, Elhadef K, Akermi S, Akacha BB, Fourati M, et al. Novel active food packaging films based on gelatin-sodium alginate containing beetroot peel extract. Antioxidants. 2022;11(11):2095. https://doi.org/10.3390/antiox11112095
43. Shan P, Wang K, Yu F, Yi L, Sun L, et al. Gelatin/sodium alginate multilayer composite film crosslinked with green tea extract for active food packaging application. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2023;662:131013. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2023.131013
44. Yan P, Lan W, Xie J. Modification on sodium alginate for food preservation: A review. Trends in Food Science & Technology. 2024;143:104217. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2023.104217
45. Suderman N, Isa MIN, Sarbon NM. The effect of plasticizers on the functional properties of biodegradable gelatinbased film: A review. Food Bioscience. 2018;24:111-119. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2018.06.006
46. Azmi NS, Basha RK, Othman SH, Mohammed MAP, Wakisaka M, et al. Development of fish gelatin film for antifogging mushroom packaging. Journal of Food Engineering. 2025;387:112306. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2024.112306
47. Al-Hassan AA. Development and characterization of camel gelatin films: Influence of camel bone age and glycerol or sorbitol on film properties. Heliyon. 2024:10(9):e30338. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e30338
48. Cao N, Yang X, Fu Y. Effects of various plasticizers on mechanical and water vapor barrier properties of gelatin films. Food hydrocolloids. 2009;23(3):729-735. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2008.07.017
49. Rivero S, Garcia MA, Pinotti A. Correlations between structural, barrier, thermal and mechanical properties of plasticized gelatin films. Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2010;11(2):369-375. https://doi.org/10.1016/ j.ifset.2009.07.005
50. Siracusa V, Rocculi P, Romani S, Rosa MD. Biodegradable polymers for food packaging: A review. Trends in Food Science & Technology. 2008;19(12):634-643. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2008.07.003
51. Al-Hassan AA, Norziah MH. Starch-gelatin edible films: Water vapor permeability and mechanical properties as affected by plasticizers. Food Hydrocolloids. 2012;26(1):108-117. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2011.04.015
52. Sartori C, Finch DS, Ralph B, Gilding K. Determination of the cation content of alginate thin films by FTi.r. spectro¬scopy. Polymer. 1997;38(1):43-51. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(96)00458-2
53. Ma X, Qiao C, Zhang J, Xu J. Effect of sorbitol content on microstructure and thermal properties of chitosan films. International Journal of Biological Macromolecules. 2018;119:1294-1297. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.08.060
54. Yakimets I, Wellner N, Smith AC, Wilson RH, Farhat I, et al. Mechanical properties with respect to water content of gelatin films in glassy state. Polymer. 2005;46(26):12577-12585. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2005.10.090
55. Kowalonek J, Lukomska B, Szydlowska-Czerniak A. Color, structure, and thermal stability of alginate films with raspberry and/or black currant seed oils. Molecules. 2025;30(2):245. https://doi.org/10.3390/molecules30020245