Physicochemical and antimicrobial properties of bovine and salmon gelatin-chitosan films

Figures & data

Table 1 Gel strength or Bloom degree at different pH of bovine–salmon gelatine-chitosan based films forming suspensions.
Tabla 1. Fuerza del gel o Grados Bloom a diferentes pH de suspensiones formadoras de películas basadas en gelatina de bovino y salmón.

Gelatin-chitosan (%w/w)	pH adjusted	Bloom degree (g)	pH initial	Bloom degree (g)
Bovine-chitosan 0%	5.5	236.2^a ± 4.5	5.1	218.0^a ± 0.6
Bovine-chitosan 0.5%	5.5	309.2^b ± 4.5	4.1	238.5^b ± 4.3
Bovine-chitosan 1%	5.5	240.2^a ± 7.4	3.9	213.1^a,b ± 21.0
Salmon-chitosan 0%	5.5	12.0^c ± 0.6	4.1	21.0^c ± 3.2
Salmon-chitosan 0.5%	5.5	9.5^d ± 0.6	3.9	Not gelled
Salmon-chitosan 1%	5.5	4.2^e ± 0.2	3.8	Not gelled
^a,b,c,d,eValues in the same column with different letters are significantly different (p < 0.05).
^a,b,c,d,eValores en la misma columna con diferente letras son significativamente diferentes (p < 0,05).

Figure 1. Sorption isotherm of bovine and salmon gelatin with chitosan (% w/w) films at 20°C. (a) Bovine gelatin and (b) salmon gelatin. Error bars indicate their corresponding standard deviation.Isoterma de sorción de películas basadas en gelatina de bovino y salmón con quitosano (% p/p) a 20°C. (a) Gelatina de bovino y (b) gelatina de salmón. Las barras de error indican su correspondiente desvío estándar.

Table 2 Parameters obtained by GAB model using Equation (1)(1) for isotherms of bovine and salmon gelatin with different concentrations of chitosan films.
Tabla 2. Parámetros obtenidos ajustando el modelo de GAB (ecuación 1) a las isotermas de películas basadas en gelatina de bovino y salmón con diferentes concentraciones de quitosano.

Sample	Parameter	Gelatin-chitosan (%w/w)
		0.00% Ch	0.25% Ch	0.50% Ch	1.00% Ch
Bovine	K^a	0.82	0.80	0.95	0.92
Salmon		0.75	0.90	0.87	0.96
Bovine	C^b	12.89	13.84	21.27	9.41
Salmon		14.99	15.54	10.91	14.31
Bovine	m0 ^c	107.2	117.0	100.3	134.7
Salmon		105.8	97.4	119.5	113.5
Bovine	R ^2d	0.99	0.99	0.99	0.99
Salmon		0.97	0.98	0.99	0.99
Bovine	%MRE ^e	5.40	4.20	5.30	5.70
Salmon		5.60	6.30	4.20	4.60
^aFactor correcting properties of enthalpy of sorption of the multilayer molecules with respect to the bulk liquid (K).^bGuggenheim constant (C) associated with the monolayer enthalpy of sorption.^cMoisture content needed to cover the entire surface with a unimolecular layer (mo) (g water/kg dry gelatin).^dCoefficient of determination (R ^2) close to 1 indicates the goodness of the fit of experimental data to model.^eMean relative error (MRE) < 10% indicates a good fit of experimental data to GAB model.^aFactor corrector de la entalpia de sorción de las moléculas de agua de la multicapa con respecto al liquido (K).^bConstante de Guggenheim (C) asociado con la entalpía de sorción de la monocapa.^cContenido de humedad necesario para cubrir la superficie entera de la capa unimolecular (m0) (g agua/kg gelatina seca), asociado a la capa de hidratación.^dCoeficiente de determinación (R ^2) cercano a 1 indica la buena calidad del ajuste de los datos experimentales al modelo.^eError relativo medio (MRE) < 10% indica un buen ajuste de los datos experimentales al modelo.

Figure 2. Effect of chitosan concentration on the glass transition temperature of bovine and salmon gelatin films.Efecto de la concentración de quitosano en la temperatura de transición vítrea de películas de gelatina de bovino y salmón.

Figure 3. Glass transition temperature (Tg) in function of moisture content of the gelatin-chitosan films (0–1% w/w chitosan) at different water contents was fitted using Gordon–Taylor equation. (a) Bovine gelatin and (b) salmon gelatin.Temperatura de transición vítrea (Tg) en función del contenido de humedad de películas de gelatina-quitosano (0–1% p/p quitosano) a diferentes contenidos de humedad fue ajustado usando la ecuación de Gordon-Taylor. (a) Gelatina de bovino y (b) gelatina de salmón.

Table 3 Moisture absorption rate at 37°C of bovine and salmon gelatin-chitosan films at different state of matrix (glassy or rubbery).
Tabla 3. Velocidad de absorción de humedad a 37°C de películas con diferentes estados iniciales de la matriz (vítreo o gomoso) basadas en gelatina de bovino y salmón adicionadas con quitosano.

Samples	Chitosan (%w/w)	Rate (% H2O absorbed/min)	Time range of measurement (min)	R ^2
Bovine glassy	0	1.11	0–20	0.92
	0.25	0.76	0–90	0.98
	0.5	0.98	0–90	0.95
	1	1.82	0–90	0.95
Bovine rubbery	0	0.57	0–20	0.98
	0.25	0.68	0–90	0.98
	0.5	0.48	0–90	0.96
	1	0.42	0–90	0.96
Salmon glassy	0	ND	0–10	ND
	0.25	1.01	0–90	0.94
	0.5	1.49	0–90	0.97
	1	1.81	0–90	0.94
Salmon rubbery	0	0.47	0–20	0.94
	0.25	0.72	0–90	0.97
	0.5	0.68	0–90	0.96
	1	0.62	0–90	0.97

Figure 4. Film solubility at the different concentrations of chitosan-gelatin films. Different letters indicate significant differences (p < 0.05).Solubilidad de las películas a diferentes concentraciones de gelatina-quitosano. Las diferentes letras indican diferencias significativas (p < 0,05).

Table 4 Color parameters of opacity and Hue (H*) of bovine gelatin-chitosan films equilibrated at 33% of relative humidity (film in glassy state) and 85% of relative humidity (film in rubbery state).
Tabla 4. Parámetros de color de opacidad y Hue (H*) obtenidos de películas de gelatina de bovino-quitosano equilibrado a 33% de humedad relativa (película en estado vítreo) y 85% de humedad relativa (película en estado gomoso).

Chitosan concentration (% w/w)	Opacity		H*
	Glassy	Rubbery	Glassy	Rubbery
0.00	0.10 ± 0.01^a,b	0.07 ± 0.01^a,b	42.00 ± 1.00^b	49.80 ± 0.90^c
0.25	0.14 ± 0.03^c	0.08 ± 0.01^b	34.20 ± 1.40^a	42.60 ± 0.80^b
0.5	0.13 ± 0.03^c	0.06 ± 0.01^a	32.30 ± 0.90^a	44.00 ± 1.00^b
1	0.09 ± 0.02^b,c	0.10 ± 0.04^a,b,c	41.00 ± 1.00^b	49.80 ± 1.50^c
^a,b,cValues in the same column and row with different letters are significantly different (p < 0.05).
^a,b,cValores en la misma columna y fila con diferentes letras son significativamente diferentes (p < 0,05).

Figure 5. Transversal relaxation times (T₂) obtained by FID sequence using Equation (6)(6) measured by ¹H-NMR at different chitosan concentrations added to bovine gelatin films on glassy and rubbery initial state of matrix. Error bars indicate their corresponding standard deviation.Tiempos de relajación transversal (T₂) obtenidos a través de la secuencia FID ajustando la Ecuación (6) utilizando ¹H-NMR a diferentes concentraciones de quitosano adicionados a películas de bovino en diferentes estados iniciales de la matriz (vítreo o gomoso). Las barras de error indican su respectivo desvío estándar.

Figure 6. Results of inhibition zone method using 30 µl of each film-forming suspension (FFS) in function to chitosan concentration (0%, 0.25%, 0.5% and 1% w/w) against (a) Escherichia coli, (b) Listeria monocytogenes and (c) Salmonella typhimurium.Resultados del método de zona de inhibición usando 30 µl de cada suspensión formadora de películas (FFS) en función de la concentración de quitosano (0%, 0,25%, 0,5% and 1% p/p) contra (a) Escherichia coli, (b) Listeria monocytogenes, y (c) Salmonella typhimurium.

Table 5 Total and related only to chitosan activity inhibition growth percentage of Escherichia coli by films based on gelatin pure film and 1% w/w chitosan-gelatin, in both initial structure glassy and rubbery state of the film matrix.
Tabla 5. Porcentaje de inhibición del crecimiento de Escherichia coli total y relacionada sólo a la actividad antimicrobiana del quitosano de películas basadas en gelatina de bovino y salmón puros y adicionadas con 1% p/p de quitosano a diferentes tiempos de incubación, tanto en el estado inicial vítreo como gomoso de la matriz.

		12 h incubation
			% inhibition		24–48 h incubation
Sample	Initial structure state	CFU/mL	Total	Chitosan	CFU/mL	% total inhibition
E. coli (control)	–	68.0 ± 5.6^a	0.0 ± 0.0^a		68.0 ± 5.2^a	0.0 ± 0.0^a
Bovine gelatin pure film	Glassy state	65.1 ± 2.9^a	4.3 ± 4.0^b	^–	58.1± 2.1^b	14.5 ± 2.0^b
	Rubbery state	66.1 ± 1.8^a	2.7 ± 2.5^b	^–	59.6 ± 2.8^b	12.4 ± 2.0^b
Bovine gelatin-chitosan film	Glassy state	56.7 ± 2.0^b	21.7 ± 1.5^c	17.4 ± 1.5^c	18.6 ± 5.1^c	72.6 ± 2.0^c
	Rubbery state	59.8 ± 2.8^a,b	16.3 ± 3.2^c	13.6 ± 3.2^d	24.3 ± 4.9^c	64.2 ± 2.1^d
Salmon gelatin pure film	Glassy state	63.4 ± 2.4^a	6.7 ± 3.0^b,d	^–	54.0 ± 3.9^b	20.5 ± 4.0^b
	Rubbery state	62.3 ± 2.5^a	8.3 ± 3.0^b,d	^–	58.1 ± 3.1^b	14.6 ± 3.5^b
Salmon gelatin-chitosan film	Glassy state	33.3 ± 4.9^c	53.3 ± 3.0^e	46.6 ± 3.0^e	17.3 ± 4.4^c	74.5 ± 2.7^c
	Rubbery state	62.8 ± 2.5^a	15.0 ± 5.0^c	6.7 ± 5.0^b,d	24.7 ± 1.7^c	63.6 ± 3.6^d
^a,b,c,dValues in the same column with different letters are significantly different (p < 0.05).
^a,b,c,dValores en la misma columna con diferentes letras son significativamente diferentes (p < 0,05).