Antioxidative und antimikrobielle Eigenschaften von Lignin und Lignin-basierten Verbundwerkstoffen für aktive Lebensmittelverpackungsanwendungen

Due to the use of fossil fuel resources, many environmental problems have been increasingly growing. Thus, the recent research focuses on the use of environment friendly materials from sustainable feedstocks for future fuels, chemicals, fibers and polymers. Lignocellulosic biomass has become the raw material of choice for these new materials. Recently, the research has focused on using lignin as a substitute material in many industrial applications. The antiradical and antimicrobial activity of lignin and lignin-based films are both of great interest for applications such as food packaging additives. DPPH assay was used to determine the antioxidant activity of Kraft lignin compared to Organosolv lignins from different biomasses. The purification procedure of Kraft lignin showed that double-fold selective extraction is the most efficient confirmed by UV-Vis, FTIR, HSQC, 31PNMR, SEC, and XRD. The antioxidant capacity was discussed regarding the biomass source, pulping process, and degree of purification. Lignin obtained from industrial black liquor are compared with beech wood samples: Biomass source influences the DPPH inhibition (softwood > grass) and the TPC (softwood diethylether > acetone. Reduced polydispersity has positive influence on the DPPH inhibition. Storage decreased the DPPH inhibition but increased the TPC values. The DPPH assay was also used to discuss the antiradical activity of HPMC/lignin and HPMC/lignin/chitosan films. In both binary (HPMC/lignin) and ternary (HPMC/lignin/chitosan) systems the 5% addition showed the highest activity and the highest addition had the lowest. Both scavenging activity and antimicrobial activity are dependent on the biomass source; Organosolv of softwood > Kraft of softwood > Organosolv of grass. Lignins and lignin-containing films showed high antimicrobial activities against Gram-positive and Gram-negative bacteria at 35 °C and at low temperatures (0-7 °C). Purification of Kraft lignin has a negative effect on the antimicrobial activity while storage has positive effect. The lignin leaching in the produced films affected the activity positively and the chitosan addition enhances the activity for both Gram-positive and Gram-negative bacteria. Testing the films against food spoilage bacteria that grow at low temperatures revealed the activity of the 30% addition on HPMC/L1 film against both B. thermosphacta and P. fluorescens while L5 was active only against B. thermosphacta. In HPMC/lignin/chitosan films, the 5% addition exhibited activity against both food spoilage bacteria.Aufgrund der Nutzung fossiler Brennstoffe in jedem Sektor unseres Lebens haben viele Umweltprobleme zugenommen. Die jüngste Forschung konzentriert sich daher auf den Einsatz umweltfreundlicher Materialien aus nachhaltigen Rohstoffen für zukünftige Kraftstoffe, Chemikalien, Fasern und Polymere. Lignocellulose-Biomasse ist zum Rohstoff der Wahl für diese neuen Materialien geworden. In jüngster Zeit hat sich die Forschung auf die Verwendung von Lignin als Ersatzmaterial in vielen industriellen Anwendungen konzentriert. Die antioxidative und antimikrobielle Aktivität von Lignin- und Lignin-basierten Folien ist für Anwendungen Als Additiv in Lebensmittelverpackungen von großem Interesse. Der DPPH-Assay wurde verwendet, um die antioxidative Aktivität von Kraft-Lignin im Vergleich zu Organosolv-Lignin verschiedener Biomassen zu bestimmen. Analysen (UV-Vis, FTIR, HSQC, 31PNMR, SEC und XRD) zeigten, dass das Reinigungsverfahren von Kraft-Lignin über zweifache selektive Extraktion am effizientesten ist. Die antioxidative Kapazität wurde bezüglich der Biomassequelle, des Aufschluss-Prozesses und des Reinigungsgrades diskutiert. Lignin aus industrieller Schwarzlauge wird mit Buchenholzproben verglichen: die Biomassequelle beeinflusst die DPPH-Hemmung (Weichholz > Gras) und den Total-Phenol-Content (TPC) (Weichholz Diethylether > Aceton. Eine reduzierte Polydispersität hat einen positiven Einfluss auf die DPPH-Hemmung. Die Lagerung der Proben verringerte die DPPH-Hemmung, erhöhte jedoch die TPC-Werte. Der DPPH-Assay wurde auch verwendet, um die antioxidative Aktivität von HPMC/Lignin bzw. HPMC/Lignin/Chitosan-Filmen zu diskutieren. Sowohl in binären (HPMC/Lignin) als auch ternären (HPMC/Lignin/Chitosan) Systemen zeigte die 5%-ige Zugabe die höchste Aktivität und die höchste Zugabe den niedrigsten Wert. Sowohl die antioxidative als auch die antimikrobielle Aktivität hängen von der Biomassequelle ab; Organosolv von Weichholz > Kraft von Weichholz > Organosolv von Gras. Lignine und Lignin-haltige Folien zeigten bei 35 °C und bei niedrigen Temperaturen (4-7 °C) eine hohe antimikrobielle Wirkung gegen grampositive und gramnegative Bakterien. Die Reinigung von Kraft-Lignin hat eine negative Wirkung auf die antimikrobielle Aktivität während Lagerung eine positive Wirkung zeigt. Das Auswaschen von Lignin aus den produzierten Filmen wirkte sich positiv auf die Aktivität aus. Der Chitosan-Zusatz verstärkt die Aktivität sowohl für grampositive als auch für gramnegative Bakterien. Die Tests der Filme gegen lebensmittelverderbende Bakterien, die bei niedrigen Temperaturen wachsen, ergaben eine Aktivität im Fall einer 30%-igen Zugabe auf HPMC/L1-Film gegen B. thermosphacta und P. fluorescens, während L5 nur gegen B. thermosphacta aktiv war. In HPMC/Lignin/Chitosan-Filmen zeigte die 5% ige Zugabe Aktivität gegen beide lebensmittelverderbende Bakterien