The use of Okra gum-Peppermint essential oil bioactive edible coating to improve shelf-life of buffalo meat

Document Type : Research Paper

Authors

1 1- Assistant Professor, Department of Food Science and Technology, Faculty of Animal Science and Food Technology, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran.

2 Department of Food Science and Technology, Faculty of Animal Science and Food Technology, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran.

3 3- Assistant Professor, Department of Horticultural Science, Faculty of Agriculture, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran.

4 Department of Food Science and Technology, Faculty of Animal Science and Food Technology, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran

Abstract

Abstract
Introduction: Meat and their products are highly sensitive to microbial growth and lipid oxidation development, which lead to economic losses and health hazards (Kiarsi et al., 2020). Edible coatings are currently receiving a great deal of attention as novel food packaging to increase the quality and shelf-life of various food products through preventing physical, chemical, and biological deteriorations (Barzegar et al., 2020). Okra (Ablemoschus esculentus) is an annual plant and rich in valuable nutrients such as vitamins and elements such as phosphorus, manganese, potassium and calcium and also contains phytosterols, tannins and carbohydrates. Okra contains large amounts of viscous gum with a thickening property. Edible coatings are able to carry active compounds such as antioxidants and antimicrobials, as well as nutrients and essential oils (Ashrafi Yorganloo and Gheybi, 2018). Peppermint (Mentha piperita) is one of the most widely used medicinal plants due to biological effects of its main components, especially menthol. Its essential oil is used as a flavoring in chewing gum, mint chocolate, medicines and toothpaste (Kazem Alvandi et al., 2010). The antimicrobial and antioxidant properties of peppermint essential oil have been investigated. To the best of our knowledge, there is no report in the literature regarding the effect of edible coating of Okra gum containing peppermint essential oil on meat quality and shelf life during refrigeration. This study is therefore aimed to develop a novel edible coating based on Okra gum-peppermint essential oil to improve the shelf life of buffalo meat slices.
Materials and methods: Peppermint essential oil and Okra were purchased from Dezful and Ahvaz, respectively. The chemical compounds of the essential oil were identified and quantified by a gas chromatography coupled to a mass spectrometer. The total phenol content (Noshad et al., 2020), total flavonoid content (Rahmati‐Joneidabad and Alizadeh Behbahani, 2021), ABTS-radical scavenging effect (Hojjati and Alizadeh Behbahani, 2021), antimicrobial effect (Disc diffusion agar, well diffusion agar, and minimum inhibitory/bactericidal concentration) of the essential oil were determined. The oil (0, 0.5, 1, 1.5, 2%) was then added to Okra gum solution to prepare edible coatings for buffalo meat coating purposes. The physiochemical (pH, moisture content, peroxide value, and hardness), microbial (Total viable count, psychrotrophic count, E. coli, S. aureus, and Fungi count), color (L*, b*, and a*), and sensory (odor, color, appearance, texture, and overall acceptance) of buffalo meat slices were evaluated during storage period (10 days, 4 °C).
Results and discussion: The essential oil contained menthol (47.17%) and menthone (23.29%) and its total phenolic content, flavonoid content, and ABTS radical scavenging effect were 77.20 mg GAE/g, 47.50 mg QE/g, and 62.60% respectively. The essential oil was also able to inhibit the growth of P. aeruginosa, E. coli, S. aureus, B. cereus, and B. subtilis. The functional groups of the compounds of peppermint essential oil were observed at 2955, 2923, 2870, 1711, 1455, 1369, 1247, 1044, 993, and 887 cm-1. The edible coating was able to prevent the pH increase in buffalo meat samples during storage. The control and samples coated with Okra gum containing 0, 0.5, 1, 1.5, and 2% essential oil had 11.26, 11.40, 6.40, 4.51, and 4.39% water loss during storage. The peroxide value of control and Okra gum+2%essential oil coated samples were increased by 7.33- and 2.28-folds, respectively, as the storage time increased up to 10 days. The lower oxidation development in the coated samples could be probably due to the low oxygen permeability of the coating and the antioxidant activity of the essential oil. Although the hardness of samples decreased during storage, the essential oil-rich coated samples had remarkably higher hardness values compared to the control sample, likely due to the inhibitory effect of the essential oil against the activity of endogenous proteolytic enzymes of the buffalo meat. The edible coatings loaded with higher concentration of the oil were more effective in inhibiting microbial growth in buffalo meat samples during cold storage. This could be attributed to the antimicrobial effect of the essential oil and the oxygen-barrier function of the edible coating. The L* and b* of the coated samples were also higher in comparison to the non-coated sample; whilst, they were generally less red, probably due to myoglobin conversion to metmyoglobin under low-oxygen pressure conditions of the edible coating, along with exudate accumulation in the coated buffalo meat samples. The coated samples with higher essential oil concentrations were also generally more acceptable in term of sensory properties. Generally, the sensory attributes were in good agreements with the chemical and microbial results; the lower the microbial growth and oxidation, the higher were the sensory properties.
Conclusion: The Okra gum-peppermint essential oil based edible coating could be introduced as a novel edible coating to inhibit the microbial growth and lipid oxidation of buffalo meat and increase its shelf-life and other food products.
Keywords: Antimicrobial, Antioxidant, Chemical composition, Edible coating, Okra gum, Peppermint essential oil, Shelf-life.

Keywords

References

ابراهیمی همتی کیخا م، جوینده ح، علیزاده بهبهانی ب و نوشاد م، 1399. فعالیت ضدمیکروبی موسیلاژ میوه سپستان بر باکتری‌های بیماری‌زا: مطالعه در شرایط آزمایشگاهی “in vitro”. علوم و صنایع غذایی ایران ۱۷ (۱۰۱)، ۷۱-۸۰.
اشرفی یورقانلو ر و غیبی ن، 1398. تأثیر پوشش موسیلاژ بامیه و صمغ کربوکسی متیل سلولز بر میزان جذب روغن و خواص فیزیکوشیمیایی سیب‌زمینی سرخ شده. مهندسی بیوسیستم ایران (علوم کشاورزی ایران) 5 (1)، 203-211.
ایزدی ز، اثنی‌عشری م، احمدوند گ، داودی پ و پیری خ، 1388. شناسایی ترکیب‌های شیمیایی و بررسی اثر ضد باکتریایی اسانس گیاه نعناع فلفلی بر تعدادی از سویه‌های میکروبی. ارمغان دانش ۱۴ (3)، ۴۵-۵۴.
برزگر ح، مهرنیا م. ا و علیزاده بهبهانی ب، 1397. تعیین ترکیبات شیمیایی، فعالیت آنتی‌اکسیدانی و اثر ضد میکروبی اسانس گلپر برفی بر میکروارگانیسم‌های عامل عفونت و مسمومیت. فصلنامه میکروبیولوژی کاربردی در صنایع غذایی 4 (4)، 15-28.
برزگر ح، علیزاده بهبهانی ب و مهرنیا م. ا، 1398. شناسایی ترکیبات شیمیایی و فعالیت ضدباکتریایی اسانس ریحان سبز و برهمکنش آن با آنتی‌بیوتیک‌های تتراسایکلین و کلرامفنیکل بر تعدادی از ریزاندامگان عامل عفونت و مسمومیت غذایی. علوم و صنایع غذایی ایران ۱۶ (۹۰)، ۱۱۳-۱۲۵.
پورشایگان م، اسماعیل زاده کناری ر، فرهمندفر ر، 1398. اثرات جدا و ترکیبی نانو پوشش های صمغ دانه ریحان و قدومه شهری حاوی عصاره پوست کیوی در جهت افزایش عمر نگهداری گوشت تازه گوسفند. مجله علوم و صنایع غذایی ایران  ۱۶ (۸۸)،83-۹۵.
حجتی م و علیزاده بهبهانی ب، 1400. بررسی اثر روش استخراج با حلال‌های آب و متانول بر ویژگی‌های ضداکسایشی و ضدمیکروبی عصاره گیاه بن‌سرخ: مطالعه در شرایط آزمایشگاهی “in vitro”. نشریه پژوهش‌های علوم و صنایع غذایی ایران 17(1)، 83-91.
حیدری س، جوینده ح، علیزاده بهبهانی ب و نوشاد م. 1398. تعیین ترکیبات شیمیایی و اثر ضدباکتریایی اسانس اسطوخودوس فلس ‌دار بر تعدادی از میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا در شرایط برون‌تنی . مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی ایلام ۲۷ (۴)، ۷۷-۸۹.
رحمتی جنیدآباد م و علیزاده بهبهانی ب، 1400. شناسایی ترکیبات شیمیایی، پتانسیل آنتی‌اکسیدانی و فعالیت ضد قارچی اسانس آویشن دنایی (Thymus daenensis) بر قارچ‌های مولد فساد میوه سیب. نشریه پژوهش‌های علوم و صنایع غذایی ایران. 10.22067/ifstrj.v18i1.87595. http://dx.doi.org/
سکونی رواسان م و آصفی ن، 1397. استخراج صمغ از گیاه بامیه (Okra) و بررسی ویژگی‌های فیزیکی- شیمیایی آن. پژوهش‌های صنایع غذایی 28(4)، 31-43.
سوسنی غریبوند ز، علیزاده بهبهانی ب، نوشاد م و جوینده ح، 1399. بررسی گروه‌های عاملی ترکیبات زیست‌فعال، توانایی رادیکال گیرندگی، فعالیت ضدمیکروبی و اثر سمیت سلولی عصاره آبی گیاه شیشه‌شور (Callistemon citrinus) بر رده سلولی HT۲۹: یک مطالعه آزمایشگاهی. مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان ۱۹ (۵)، ۴۶۳-۴۸۴.
شهیدی ف، طباطبایی یزدی ف، روشنک س، علیزاده بهبهانی ب، نوروزی ن و وسیعی ع، 1398. فعالیت ضد میکروبی عصاره مچه بر تعدادی از میکروارگانیسم‌های عامل عفونت در شرایط آزمایشگاهی. فصلنامه بیماری‌های عفونی و گرمسیری 24(85)، 1-9.
شهیدی ف، طباطبایی یزدی ف، روشنک س، علیزاده بهبهانی ب، وسیعی ع و نوروزی ن، 1397. مقایسه فعالیت ضد میکروبی عصاره برگ گیاه قاصدک (Taraxacum pseudocalocephalum) با آنتی‌بیوتیک‌های رایج درمانی در شرایط برون‌تنی. فصلنامه بیماری‌های عفونی و گرمسیری 23 (83)، 37-46.
طباطبایی یزدی ف، علیزاده بهبهانی ب، وسیعی ع، مرتضوی س. ع و شهیدی ف، ۱۳۹۷. ارزیابی فعالیت آنتی‌اکسیدانی، فیتوشیمیایی و ضد میکروبی اسانس نعناع فلفلی (Mentha piperita) بر جمعیت ریزاندامگان عامل مسمومیت و عفونت غذایی. علوم و صنایع غذایی ایران ۱۵(۷۶)، 67-76.
علیزاده بهبهانی ب و شهیدی ف، 1399. ارزیابی ویژگیهای میکروبی، شیمیایی و حسی گوشت گوسفندی پوشش دهی شده با موسیلاژ فرنجمشک در ترکیب با اسانس زنیان جهت افزایش عمرانبارمانی در دمای یخچال. نشریه پژوهش‌های علوم و صنایع غذایی ایران 16 (4)، 383-394.
فدائی س، آبرومندآذر پ، شریفان ا و لاریجانی ک، 1388. بررسی اثر ضدمیکروبی اسانس نعناع فلفلی و مقایسه آن با بنزوات سدیم. علوم غذایی و تغذیه 8 (1)، 34-42. 
قره نقده س، فرقانی س، قره نقده س و صوتی خیابانی م،  1396. بررسی خاصیت ضدمیکروبی عصاره متانولی، اسانس و نانولیپوزوم حاوی اسانس نعناع فلفلی. علوم و صنایع غذایی ایران ۱۴ (۶۸)، 93- 102.
کاظم الوندی ر، شریفان ا و آقازاد همشگی م، 1389. بررسی ترکیب شیمیایی و اثر ضد میکروبی اسانس گیاه نعناع فلفلی (Mentha piperita). پاتوبیولوژی مقایسه‌ای 7(4)، 355-364.
ناصحی ب و رضوی ر. 1398. بررسی اثر صمغ‌های بامیه و کربوکسی متیل سلولز بر ویژگی‌های کیفی و ماندگاری نان بربری. علوم و صنایع غذایی 90 (16)، 259-269.
نوشاد م، حجتی م و علیزاده بهبهانی ب، 1399. افزایش عمر نگهداری گوشت گاو با استفاده از پوشش خوراکی زیست فعال بر پایه موسیلاژ دانه بالنگوی سیاه بارگذاری شده با اسانس زیر سیاه. مهندسی بیوسیستم ایران 51 (2)، 408-418.
نوشاد م، علیزاده بهبهانی ب و دهقانی س، 1399a. بررسی تأثیر روش استخراج با آب و اتانول بر بازده استخراج، ترکیبات فنولی، فعالیت آنتی‌اکسیدانی و ضدمیکروبی عصاره گیاه پولک. مجله علوم و صنایع غذایی ایران ۱۷ (۱۰۰)، ۱۱۷-۱۲۵.
نوشاد م، علیزاده بهبهانی ب و دهقانی س، 1399b. افزایش پایداری اکسایشی و میکروبی گوشت گاو با استفاده از پوشش خوراکی زیست‌فعال حاصل از موسیلاژ بارهنگ صغیر بارگذاری شده با اسانس آویشن باغی. مجله علوم و صنایع غذایی ایران۱۷ (4)، ۱-۱3.
نوشاد م، علیزاده بهبهانی ب، جوینده ح، رحتمی جنیدآباد م، قدسی شیخ‌جان م و ابراهیمی همتی‌کیخا م، 1400. افزایش پایداری میکروبی و اکسایشی گوشت گاومیش با استفاده از پوشش خوراکی زیست‌فعال بر پایۀ موسیلاژ میوۀ سپستان و اسانس پوست‌ پرتقال دزفولی. پژوهش و نوآوری در علوم و صنایع غذایی 10(2)، 217-234.
 
AOAC. Official Methods of Analysis of AOAC International. 16th ed. Association of Official Analytical Chemists, Arlington, VA, USA (1995).
Barzegar H, Behbahani B. A and Mehrnia M. A, 2020. Quality retention and shelf life extension of fresh beef using Lepidium sativum seed mucilage-based edible coating containing Heracleum lasiopetalum essential oil: an experimental and modeling study. Food Science and Biotechnology 29(5), 717-728.
Bazargani-Gilani B, Aliakbarlu J, and Tajik H, 2015. Effect of pomegranate juice dipping and chitosan coating enriched with Zataria multiflora Boiss essential oil on the shelf-life of chicken meat during refrigerated storage. Innovative food science & emerging technologies, 29, 280-287.
Benzaid C, Tichati L, Djeribi R and Rouabhia M, 2019. Evaluation of the chemical composition, the antioxidant and antimicrobial activities of mentha× piperita essential oil against microbial growth and biofilm formation. Journal of Essential Oil Bearing Plants, 22(2), 335-346.
da Silva Ramos R, Rodrigues A. B. L, Farias A. L. F, Simões R. C, Pinheiro M. T, Ferreira R. M. D. A ... and de Almeida S. S. M. D. S, 2017. Chemical composition and in vitro antioxidant, cytotoxic, antimicrobial, and larvicidal activities of the essential oil of Mentha piperita L. (Lamiaceae). The Scientific World Journal, 2017.
Derwich E, Chabir R, Taouil R and Senhaji O, 2011. In-vitro antioxidant activity and GC/MS studies on the leaves of Mentha piperita (Lamiaceae) from Morocco. International Journal of Pharmaceutical Sciences and Drug Research, 3(2), 130-136.
Farahmandfar, R., & Tirgarian, B, 2020. Essential oils: In vitro antioxidant activities and their utilizations in storage life increment of foods. Journal of Food and Bioprocess Engineering, 3(2), 128-137.
Farnad N, Heidari R and Aslanipour B, 2014. Phenolic composition and comparison of antioxidant activity of alcoholic extracts of Peppermint (Mentha piperita). Journal of Food Measurement and Characterization, 8(2), 113-121.
Ghani S, Barzegar H, Noshad M, and Hojjati M, 2018. The preparation, characterization and in vitro application evaluation of soluble soybean polysaccharide films incorporated with cinnamon essential oil nanoemulsions. International journal of biological macromolecules, 112, 197-202.
Gharib F. A and da Silva J. T, 2013. Composition, total phenolic content and antioxidant activity of the essential oil of four Lamiaceae herbs. Medicinal and aromatic plant science and biotechnology, 7(1), 19-27.
Hamedi H, Kargozari M, Shotorbani P. M, Mogadam N. B and Fahimdanesh M, 2017. A novel bioactive edible coating based on sodium alginate and galbanum gum incorporated with essential oil of Ziziphora persica: The antioxidant and antimicrobial activity, and application in food model. Food hydrocolloids, 72, 35-46.
Ju J, Xie Y, Guo Y, Cheng Y, Qian H and Yao W, 2019. Application of edible coating with essential oil in food preservation. Critical reviews in food science and nutrition 59(15), 2467-2480.
Kaban G, 2009. Changes in the composition of volatile compounds and in microbiological and physicochemical parameters during pastırma processing. Meat Science 82(1), 17-23.
Keykhosravy K, Khanzadi S, Hashemi M and Azizzadeh, M, 2020. Chitosan-loaded nanoemulsion containing Zataria Multiflora Boiss and Bunium persicum Boiss essential oils as edible coatings: Its impact on microbial quality of turkey meat and fate of inoculated pathogens. International journal of biological macromolecules, 150, 904-913.
Kiarsi Z, Hojjati M, Behbahani B. A and Noshad M, 2020. In vitro antimicrobial effects of Myristica fragrans essential oil on foodborne pathogens and its influence on beef quality during refrigerated storage. Journal of Food Safety 40(3), 12782.
Mimica-Dukić N, Božin B, Soković M, Mihajlović B and Matavulj M, 2003. Antimicrobial and antioxidant activities of three Mentha species essential oils. Planta medica 69(05), 413-419.
Nisar T, Yang X I, Alim A, Iqbal M, Wang Z.-C and Guo Y, 2019. Physicochemical responses and microbiological changes of bream (Megalobrama ambycephala) to pectin based coatings enriched with clove essential oil during refrigeration. International Journal of Biological Macromolecules 124, 1156–1166.
Noshad M, Alizadeh Behbahani B, Jooyandeh H, Rahmati‐Joneidabad M, Hemmati Kaykha M. E and Ghodsi Sheikhjan M, 2021. Utilization of Plantago major seed mucilage containing Citrus limon essential oil as an edible coating to improve shelf‐life of buffalo meat under refrigeration conditions. Food Science & Nutrition, 10.1002/fsn3.2137.
Oriani V. B, Molina G, Chiumarelli M, Pastore G. M and Hubinger M. D, 2014. Properties of cassava starch‐based edible coating containing essential oils. Journal of food science 79(2), 189-194.
Ozdemir N, Ozgen Y, Kiralan M, Bayrak A, Arslan N and Ramadan M. F, 2018. Effect of different drying methods on the essential oil yield, composition and antioxidant activity of Origanum vulgare L. and Origanum onites L. Journal of Food Measurement and Characterization 12(2), 820-825.
Raeisi M, Tabaraei A, Hashemi M and Behnampour N, 2016. Effect of sodium alginate coating incorporated with nisin, Cinnamomum zeylanicum, and rosemary essential oils on microbial quality of chicken meat and fate of Listeria monocytogenes during refrigeration. International Journal of Food Microbiology, 238, 139-145.
Sani M. A, Ehsani A and Hashemi M, 2017. Whey protein isolate/cellulose nanofibre/TiO2 nanoparticle/rosemary essential oil nanocomposite film: Its effect on microbial and sensory quality of lamb meat and growth of common foodborne pathogenic bacteria during refrigeration. International journal of food microbiology, 251, 8-14.
Sayyari, Z., Rabani, M., Farahmandfar, R., Esmaeilzadeh Kenari, R., & Mousavi Nadoshan, R, 2021. The Effect of Nanocomposite Edible Coating Enriched with Foeniculum vulgare Essential Oil on the Shelf Life of Oncorhynchus mykiss Fish Fillets during the Storage. Journal of Aquatic Food Product Technology, 30(5), 579-595.
Shin S. H, Chang Y, Lacroix M, and Han J, 2017. Control of microbial growth and lipid oxidation on beef product using an apple peel-based edible coating treatment. LWT, 84, 183-188.
Soncu E. D, Arslan B, Ertürk D, Küçükkaya S, Özdemir N and Soyer A, 2018. Microbiological, physicochemical and sensory characteristics of Turkish fermented sausages (sucuk) coated with chitosan-essential oils. LWT, 97, 198-204.
Taylan O, Cebi N, and Sagdic O, 2021. Rapid Screening of Mentha spicata Essential Oil and L-Menthol in Mentha piperita Essential Oil by ATR-FTIR Spectroscopy Coupled with Multivariate Analyses. Foods, 10(2), 202.
Vital A. C. P, Guerrero A, Monteschio J. D. O, Valero M. V Carvalho C. B, de Abreu Filho B. A ... and do Prado I. N, 2016. Effect of edible and active coating (with rosemary and oregano essential oils) on beef characteristics and consumer acceptability. PloS one, 11(8), e0160535.
Yang S. A, Jeon S. K, Lee E. J, Shim C. H and Lee I. S, 2010. Comparative study of the chemical composition and antioxidant activity of six essential oils and their components. Natural Product Research, 24(2), 140-151.
Zaidi S and Dahiya P, 2015. In vitro antimicrobial activity, phytochemical analysis and total phenolic content of essential oil from Mentha spicata and Mentha piperita. International Food Research Journal, 22(6), 2440.
Food Research Journal
Volume 32, Issue 4
November 2022
Pages 13-36

Files

Share

How to cite

Statistics