Novel LDPE/Chitosan Rosemary and Melissa Extract Nanostructured Active Packaging Films

The increased global market trend for food packaging is imposing new improved methods for the extension of shelf-life and quality of food products. Active packaging, which is based on the incorporation of additives into packaging materials, is becoming significant for this purpose. In this work, nanostructured low-density polyethylene (LDPE) was combined with chitosan (CS) to aim for a food packaging development with an increased oxygen permeability barrier and higher antimicrobial activity. Furthermore, essential oil extracts as rosemary (RO) and Melissa (MO) were added to this packaging matrix in order to improve its antioxidant properties and vanish food odor problems. The novel nanostructured active packaging film was tested using laboratory instrumental methods, such as thermogravimetry (TG), Fourier-transform infrared (FTIR) spectrometry, the X-ray diffraction (XRD) method, a dilatometer for tensile properties (DMA), and an oxygen permeation analyzer (OPA). Moreover, laboratorian tests according to ASTM standards were carried out for the estimation of water sorption, water vapor permeability, overall migration, and, finally, the antioxidant properties of such films. The experimental results have indicated that the final material exhibits advanced properties. More specifically, chitosan addition was observed to lead to an enhanced oxygen and water-vapor permeability barrier while the extracted essential oil addition led to enhanced tensile strength and antioxidant properties

Na-Montmorillonite Vs. Organically Modified Montmorillonite as Essential Oil Nanocarriers for Melt-Extruded Low-Density Poly-Ethylene Nanocomposite Active Packaging Films with a Controllable and Long-Life Antioxidant Activity

Nowadays, active packaging is becoming significant for the extension of the shelf life of food products via the incorporation of raw nanomaterials such as nanoclays and bioactive compounds such as essential oils (EO). This study aims to study the performance of the sodium montmorillonite (NaMt) and organically modified montmorillonite (OrgMt) as thyme (TO), oregano (OO), and basil (BO) essential oil (EO) control release nanocarriers in low-density poly-ethylene (LDPE) active films. NaMt and OrgMt nanofillers are modified with low (20 wt.%), medium (40 wt.%), and high (80 wt.%) nominal contents of TO, OO, and BO. The novel active packaging films were tested using the X-ray diffraction method (XRD), tensile, water, and oxygen barrier properties, and antioxidant activity tests. For the two most active packaging films, the lipid oxidation of chicken breast fillets estimated by the thiobarbituric-acid-reacting substances (TBARS) method. Overall study shows that both NaMtEO-based and OrgMt-based films exhibited controllable and sustained antioxidant activity. All films retained up to 50–70% of their antioxidant activity after six months of incubation. OrgMtEO-based LDPE films showed more significance applied as active packaging films than NaMtEO-based LDPE films because of their highest tensile and barrier properties

Editorial for Special Issue: Gel Films and Coatings Applied in Active Food Packaging

Nowadays, the global trends of bioeconomy and sustainability require the use of biobased raw materials in all scientific and application fields to reduce the global carbon dioxide fingerprint [...

Nanoclay and Polystyrene Type Efficiency on the Development of Polystyrene/Montmorillonite/Oregano Oil Antioxidant Active Packaging Nanocomposite Films

Over the years, there has been an effort to extend food shelf life so as to reduce global food waste. The use of natural biodegradable materials in production procedures is more and more adopted nowadays in order to achieve cyclic economy targets and improve environmental and human health indexes. Active packaging is the latest trend for food preservation. In this work, polystyrene was mixed with natural NaMt, OrgNaMt montmorillonite, and oregano essential oil to develop a new packaging film. Strength, oxygen and water-vapour permeation, blending and homogeneity, and antimicrobial and antioxidant activity were measured as basic parameters for food packaging films characterization. Instruments such as a tensile measurement instrument, XRD, FTIR, DMA, OPA (Oxygen Permeation Analyzer), and other handmade devices were used. Results showed that polystyrene could be modified, improved, and exhibits food odour prevention characteristics in order to be used for applications on food active packaging. The material with the code name PS5OO@OrgMt qualified between the tested samples as the most promising material for food active packaging applications

Use of microemulsion in the preparation of perovskite type and spinel type mixed oxides and implementation of them us heterogeneous catalysts

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτέλεσε η μελέτη των μικρογαλακτωμάτων με σκοπό τη σύνθεση μικτών οξειδίων με δομή περοβσκιτών και σπινελίων και ο έλεγχος της καταλυτικής δραστικότητας αυτών στην αντίδραση αναγωγής του ΝΟ από CO. Τα μικρογαλακτώματα είναι διαυγή, θερμοδυναμικά σταθερά συστήματα που αποτελούνται από μια υδατική φάση (w-water), μια ελαιώδη φάση (o-oil) και μια επιφανειοδραστική (s-surfactant) ή/και μια συνεπιφανειοδραστική (cs-cosurfactant) ουσία, παρουσιάζουν δε μεγάλη ποικιλία αυτοοργανομένων δομών. Όταν η υδατική φάση περικλείεται από ελαιώδη φάση, με ενδιάμεσο συνδετικό κρίκο στην εσωτερική τους διεπιφάνεια τα μόρια της επιφανειοδραστικής ή/και μιας συνεπιφανειοδραστικής ουσίας, προκύπτει η δομή μικρογαλακτώματος νερό σε λάδι (w/o) ενώ όταν η ελαιώδης φάση περικλείεται από την υδατική φάση προκύπτει η δομή μικρογαλακτώματος λάδι σε νερό (ο/w). Τέτοια συστήματα προκαλλούν το ενδιαφέρον των ερευνητών αφενός μεν για την ιδιότητά τους να συνδυάζουν την υδατική και ελαιώδη φάση και αφετέρου επειδή η εγκλωβισμένη στο εσωτερικό του μικυλλίου ποσότητα υδατικής ή ελαιώδους φάσης έχει διαστάσεις νανομέτρων. Έτσι με κατάλληλη χρήση των μικρογαλακωμάτων μπορούν να παρασκευασθούν νανοϋλικά. Από τις δύο κύριες δομές μικρογαλακτώματος νερό σε λάδι (w/o) και λάδι σε νερό (ο/w) περισσότερο ενδιαφέρον προσελκύει η δομή νερό σε λάδι που περιέχει υδατική φάση εγκλωβισμένη στο κέντρο του μικυλλίου. Η φάση αυτή έχει βρεθεί ότι ανάλογα με τη συγκέντρωση των επιμέρους συστατικών μπορεί να δώσει δύο ξεχωριστές δομές την αντιστρεπτή δομή μικρογαλακτώματος νερό σε λάδι (reverse micelles) και την ημισυνεχή δομή μικρογαλακτώματος νερό σε λάδι (bicontinuous structure). Η κύρια λοιπόν εφαρμογή τέτοιων συστημάτων είναι ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως νανοαντιδραστήρες για την σύνθεση υλικών με μέγεθος νανομέτρων. Όπως είναι γνωστό η σύνθεση νανοϋλικών δημιουργεί υλικά με εξέχουσες ηλεκτρικές, μαγνητικές αλλά και επιφανειακές ιδιότητες σε σύγκριση με υλικά παρόμοιας δομής με μεγαλύτερο μέγεθος σωματιδίων. Η κύρια κατηγορία παρασκευαζόμενων υλικών με τη μέθοδο των μικρογαλακτωμάτων αφορά υλικά με ηλεκρομαγνητικές εφαρμογές, τη τελευταία όμως δεκαετία η προσοχή έχει στραφεί και σε υλικά που βρίσκουν εφαρμογή στην ετερογενή κατάλυση.Τα μικρογαλακτώματα ως διαλύματα εμφανίζουν ξεχωριστές ιδιότητες και πολλές μελέτες αναφέρονται στην ταυτοποίηση και τον έλεγχο των ιδιοτήτων τέτοιων συστημάτων. Οι ιδιότητες των μικρογαλακτωμάτων εξαρτώνται από τις φυσικοχημικές ιδιότητες των επιμέρους συστατικών τους καθώς και την θερμοκρασία και την πίεση. Έτσι το είδος της υδατικής και της ελαιώδους φάσης, το είδος της επιφανειοδραστικής ή συνεπιφανειοδραστικής ουσίας και η αναλογία ανάμειξης αυτών, καθώς και η θερμοκρασία και η πίεση μπορούν να προκαλέσουν σημαντική μεταβολή στην περιοχή εμφάνισης ενός μικρογαλακτώματος, στο είδος των αυτοοργανομένων δομών που αυτά εμφανίζουν αλλά και στο μέγεθος της εσωτερικά ευρισκόμενης φάσης (υδατικής ή ελαιώδους) το οποίο μπορεί να κυμαίνεται από 5-100nm. Η μελέτη των μικρογαλακτωμάτων εμφανίζει και ένα ιδιαίτερο ενδιαφέρον λόγω των φαινομένων διείσδυσης της αγωγιμότητας (percolation effects) που εμφανίζονται σε αυτά αλλά και λόγω του ότι η ανάπτυξη των διαφόρων δομών τους συνδέεται με τις λεγόμενες μορφοκλασματικές δομές (fractals).Στην παρούσα διατριβή το σύστημα μικρογαλακτώματος το οποίο μελετήθηκε αποτελούνταν από μίγμα CTAB (επιφανειοδραστική ουσία-s) και 1-βουτανόλη (συνεπιφανειοδραστική ουσία – cs) σε αναλογία μαζών Μs/Mcs = 1.5, n-οκτάνιο (ελαιώδης φάση) και υδατική φάση νερό, υδατικό διάλυμα ΝΗ3 και τέλος (i) διαλύματα νιτρικών αλάτων του αργιλίου με νιτρικά άλατα μετάλλων Μ (Μ=Mg, Co, Ni, Cu και Zn) και (ii) διαλύματα νιτρικών αλάτων του λανθανίου με νιτρικά άλατα μετάλλων Μ (Μ=Mn, Fe, Co, Ni και Cu). Τα προαναφερθέντα υδατικά διαλύματα επιλέχθηκαν με σκοπό την ταυτοποίηση των περιοχών όπου το καθένα εμφανίζει φάση μικρογαλακτώματος έτσι ώστε να είναι εφικτή η καταβύθιση σε νανοκλίμακα πρόδρομων υλικών σπινελίων MAl2O4 στην περίπτωση (i) και περοβσκιτών LaMO3 στην περίπτωση (ii). Για την μελέτη και την ταυτοποίηση των φάσεων του μικρογαλακτώματος στα παραπάνω συστήματα εφαρμόστηκε μια συνδυαστική μέθοδος ταυτόχρονης τιτλοδότησης – αγωγιμομετρίας. Σε αρχικό μίγμα n-οκτανίου, CTAB και 1-βουτανόλης προστέθηκε η εκάστοτε υδατική φάση με ταυτόχρονη παρατήρηση των δομικών αλλαγών του συστήματος και καταγραφή της αγωγιμότητας. Με τον τρόπο αυτό καταγράφθηκαν οι αντίστοιχες περιοχές εμφάνισης του μικρογαλακτώματος. Ταυτόχρονα με την προσομοίωση των πειραματικών αποτελεσμάτων της αγωγιμότητας κατέστη δυνατόν να μελετηθούν και να κατανοηθούν τα εμφανιζόμενα σε τέτοια συστήματα φαινόμενα διείσδυσης μέσω της εξαγωγής των αντίστοιχων μαθηματικών εξισώσεων στις οποίες η αγωγιμότητα υπακούει. Επίσης έγιναν πειράματα μέτρησης της αγωγιμότητας σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία και από την συνεκτίμηση όλων των πειραματικών αποτελεσμάτων δημιουργήθηκε ένα πρωτόκολλο παρασκευής νανοϋλικών με δομή σπινελίων MAl2O4 και περοβσκιτών LaMO3 με χρήση αντιστρεπτών μικρογαλακτωμάτων νερό σε λάδι και με χρήση ημισυνεχών μικρογαλακτωμάτων νερό σε λάδι. Στη συνέχεια με βάση το πρωτόκολλο παρασκευής παρασκευάσθηκαν τέσσερις ομάδες υλικών. Η πρώτη ομάδα αποτελούνταν από σπινέλια της δομής ZnAl2O4 παρασκευασμένα από αρχικά μικρογαλακτώματα ημισυνεχούς δομής με διαφορετική ποσότητα επιφανειοδραστικής και συνεπιφανειοδραστικής ουσίας και σε διαφορετικές θερμοκρασίες σύνθεσης με σκοπό τη διερεύνηση της ποσότητας του επιφανειοδραστικού και συνεπιφανειοδραστικού αλλά και της θερμοκρασίας σύνθεσης στις τελικές ιδιότητες των σωματιδίων. Η δεύτερη ομάδα αποτελούνταν από σπινέλια της δομής MgAl2O4, CoAl2O4, CuAl2O4 και ZnAl2O4 παρασκευασμένα με χρήση αρχικών μικρογαλακτωμάτων αντιστρεπτής και ημισυνεχούς δομής με σκοπό τη μελέτη των τελικών ιδιοτήτων των υλικών που παρασκευάστηκαν από τα διαφορετικής δομής αρχικά μικρογαλακτώματα. Η τρίτη ομάδα αποτελούνταν από περοβσκιτικά υλικά της δομής LaMnO3 και LaFeO3 παρασκευασμένα από αρχικά μικρογαλακτώματα αντιστρεπτής και ημισυνεχούς δομής με σκοπό πάλι την σύγκριση των τελικών ιδιοτήτων. Τέλος η τέταρτη ομάδα υλικών αποτελούνταν από περοβσκίτες της δομής LaFeO3 στους οποίους έγινε προσπάθεια υποκατάστασης του λανθανίου με στρόντιο και δημήτριο με σκοπό τον έλεγχο της επίδρασης της υποκατάστασης στις ιδιότητες των τελικών υλικών. Για τα μικρογαλακτώματα που χρησιμοποιήθηκαν για την σύνθεση των περοβσκιτικών υλικών με Sr και Ce δεν πραγματοποιήθηκαν πειράματα αγωγιμότητας για εύρεση των περιοχών εμφάνισης των μικρογαλακτωμάτων αλλά εφαρμόστηκε απευθείας το πρωτόκολλο παρασκευής για να διαπιστωθεί αν αυτό μπορεί να εφαρμοστεί και να προσαρμοστεί για υποκατεστημένα στην Α θέση περοβσκιτικά υλικά του γενικού τύπου Α1-xΜxΒΟ3 Οι τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισμό των τελικών υλικών ήταν: Θερμική Ανάλυση (TG), Περίθλαση Ακτίνων - Χ σε συνδυασμό με ανάλυση Rietveld των πειραματικών αποτελεσμάτων, Ποροσιμετρία Ν2 στους 77Κ (μέθοδος BET), υπολογισμός της συνδεσιμότητας πόρων με χρήση της μεθόδου του Seaton και Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης (SEM) και Διέλευσης (ΤΕΜ). Για τα υλικά της δεύτερης, τρίτης και τέταρτης ομάδας έγιναν πειράματα ελέγχου της καταλυτικής δραστικότητας στη αντίδραση αναγωγής του μονοξειδίου του αζώτου από μονοξείδιο του άνθρακα. Όλα όσα συνοπτικά προαναφέρθηκαν αναλύονται στη συνέχεια. Η διατριβή αποτελείται από τέσσερα κεφάλαια. Στο πρώτο γίνεται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση, ενώ στο δεύτερο παρατίθενται τα πειραματικά αποτελέσματα της μελέτης των μικρογαλακτωμάτων με πειράματα αγωγιμότητας. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύεται η πορεία σύνθεσης και χαρακτηρισμού τον υλικών και τέλος στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται τα αποτελέσματα από τη μελέτη της καταλυτικής δραστικότητας των υλικών

Effect of Copper and Titanium-Exchanged Montmorillonite Nanostructures on the Packaging Performance of Chitosan/Poly-Vinyl-Alcohol-Based Active Packaging Nanocomposite Films

In this study, CuMt and TiMt montmorillonites were produced via an ion-exchange process with Cu+ and Ti4+ ions. These nanostructured materials were characterized with X-ray diffraction (XRD) and fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) measurements and added as nanoreinforcements and active agents in chitosan (CS)/poly-vinyl-alcohol (PVOH)-based packaging films. The developed films were characterized by XRD and FTIR measurements. The antimicrobial, tensile, and oxygen/water-barrier measurements for the evaluation of the packaging performance were carried out to the obtained CS/PVOH/CuMt and CS/PVOH/TiMt films. The results of this study indicated that CS/PVOH/CuMt film is a stronger intercalated nanocomposite structure compared to the CS/PVOH/TiMt film. This fact reflected higher tensile strength and water/oxygen-barrier properties. The antibacterial activity of these films was tested against four food pathogenic bacteria: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella enterica and Listeria monocytogenes. Results showed that in most cases, the antibacterial activity was generated by the CuMt and TiMt nanostructures. Thus, both CS/PVOH/CuMt and CS/PVOH/TiMt films are nanocomposite candidates with very good perspectives for future applications on food edible active packaging

Effect of Na- and Organo-Modified Montmorillonite/Essential Oil Nanohybrids on the Kinetics of the In Situ Radical Polymerization of Styrene

The great concern about the use of hazardous additives in food packaging materials has shown the way to new bio-based materials, such as nanoclays incorporating bioactive essential oils (EO). One of the still unresolved issues is the proper incorporation of these materials into a polymeric matrix. The in situ polymerization seems to be a promising technique, not requiring high temperatures or toxic solvents. Therefore, in this study, the bulk radical polymerization of styrene was investigated in the presence of sodium montmorillonite (NaMMT) and organo-modified montmorillonite (orgMMT) including thyme (TO), oregano (OO), and basil (BO) essential oil. It was found that the hydroxyl groups present in the main ingredients of TO and OO may participate in side retardation reactions leading to lower polymerization rates (measured gravimetrically by the variation of monomer conversion with time) accompanied by higher polymer average molecular weight (measured via GPC). The use of BO did not seem to affect significantly the polymerization kinetics and polymer MWD. These results were verified from independent experiments using model compounds, thymol, carvacrol and estragol instead of the clays. Partially intercalated structures were revealed from XRD scans. The glass transition temperature (from DSC) and the thermal stability (from TGA) of the nanocomposites formed were slightly increased from 95 to 98 °C and from 435 to 445 °C, respectively. Finally, better dispersion was observed when orgMMT was added instead of NaMMT

Synthesis of a Novel Chitosan/Basil Oil Blend and Development of Novel Low Density Poly Ethylene/Chitosan/Basil Oil Active Packaging Films Following a Melt-Extrusion Process for Enhancing Chicken Breast Fillets Shelf-Life

An innovative process for the adsorption of the hydrophobic Basil-Oil (BO) into the hydrophilic food byproduct chitosan (CS) and the development of an advanced low-density polyethylene/chitosan/basil-oil (LDPE/CS_BO) active packaging film was investigated in this work. The idea of this study was the use of the BO as both a bioactive agent and a compatibilizer. The CS was modified to a CS_BO hydrophobic blend via a green evaporation/adsorption process. This blend was incorporated directly in the LDPE to produce films with advanced properties. All the obtained composite films exhibited improved packaging properties. The film with 10% CS_BO content exhibited the best packaging properties, i.e., 33.0% higher tensile stress, 31.0% higher water barrier, 54.3% higher oxygen barrier, and 12.3% higher antioxidant activity values compared to the corresponding values of the LDPE films. The lipid oxidation values of chicken breast fillets which were packaged under vacuum using this film were measured after seven and after fourteen days of storage. These values were found to be lower by around 41% and 45%, respectively, compared with the corresponding lipid oxidation values of pure LDPE film

Preparation and Characterization of Polystyrene Hybrid Composites Reinforced with 2D and 3D Inorganic Fillers

Polystyrene (PS)/silicate composites were prepared with the addition of two organoclays (orgMMT and orgZenith) and two mesoporous silicas (SBA-15 and MCF) via (i) solution casting and (ii) melt compounding methods. X-ray diffraction (XRD) analysis evidenced an intercalated structure for PS/organoclay nanocomposites. Thermogravimetric analysis indicated improvement in the thermal stability of PS-nanocomposites compared to the pristine polymer. This enhancement was more prevalent for the nanocomposites prepared with a lab-made organoclay (orgZenith). Tensile measurement results indicated that elastic modulus increment was more prevalent (up to 50%) for microcomposites prepared using mesoporous silicas as filler. Organoclay addition led to a decrease in oxygen transmission rate (OTR) values. This decrement reached up to 50% for high organoclay content films in comparison to pristine PS film. Decrement above 80% was measured for microcomposites with mesoporous silicas and 5 wt% filler content obtained via melt compounding