journal article·2021-10Open access

Responsive Bio‐Composites from Magnesium Carbonate Filled Polycaprolactone and Curcumin‐Functionalized Cellulose Fibers

Ana Isabel Quilez‐Molina, Lea Pasquale, Doriana Debellis, Giacomo Tedeschi, Athanassia Athanassiou, Ilker S. Bayer

Advanced Sustainable Systems· Volume 5· Issue 10

Abstract

Abstract Development of responsive bio‐based and biodegradable materials is particularly important in food preservation and monitoring technologies. Although replacing conventional plastic products with sustainable alternatives is still a challenge, promising advances have been reported. In this work, the fabrication of responsive bio‐composite films from polycaprolactone (PCL) and magnesium carbonate (MgCO3), known as food additive E504 with melt impregnation into cellulose, is reported. Cellulose fibers are stained/coated with ethanoic curcumin solutions, primarily to protect them against oxidative degradation. The films demonstrate a strong antioxidant effect against fatty and aqueous food simulants with improved oxygen gas barrier properties. Interestingly, the natural chelation of curcumin with magnesium within the composites improves the bioavailability and antioxidant potency of curcumin. Moreover, the composites show reversible color change response detectable by the naked eye in basic solutions or vapors. This response is tested by placing the composite film inside a sealed plastic container containing shrimp at room temperature, but not in direct contact. Due to spoilage, a noticeable color change in the bio‐composites is recorded. These simple, cost‐effective, non‐toxic, and paper‐like flexible bio‐composites can be fabricated on large scale and be used in diverse applications ranging from sustainable packaging to medical applications and freshness indicators.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advanced Cellulose Research Studies · biodegradable polymer synthesis and properties · Electrospun Nanofibers in Biomedical Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Smart Materials Istituto Italiano di Tecnologia Genova 16163 Italy

DIBRIS Università di Genova Via Opera Pia 13 Genova 16145 Italy

Materials Characterization Facility Istituto Italiano di Tecnologia via Morego 30 Genova 16163 Italy

Electron Microscopy Facility Istituto Italiano di Tecnologia Genova 16163 Italy

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1002/pc.2111610.1002/pc.21116 ↗
2. 10.1016/j.jclepro.2017.10.10110.1016/j.jclepro.2017.10.101 ↗
3. 10.1016/j.carbpol.2014.03.03910.1016/j.carbpol.2014.03.039 ↗
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5. 10.1080/1023666X.2014.88001610.1080/1023666X.2014.880016 ↗
6. 10.1002/pc.1048510.1002/pc.10485 ↗
7. 10.1021/ma300463y10.1021/ma300463y ↗
8. 10.1007/s10570-015-0777-x10.1007/s10570-015-0777-x ↗
9. 10.1016/j.eurpolymj.2019.05.00510.1016/j.eurpolymj.2019.05.005 ↗
10. 10.1007/s10570-017-1429-010.1007/s10570-017-1429-0 ↗
11. 10.1002/marc.20140038210.1002/marc.201400382 ↗
12. 10.1016/j.carbpol.2013.08.01810.1016/j.carbpol.2013.08.018 ↗
13. 10.1080/15583724.2019.166321010.1080/15583724.2019.1663210 ↗
14. 10.1016/j.compscitech.2004.05.00110.1016/j.compscitech.2004.05.001 ↗
15. 10.1016/S0141-8130(03)00022-910.1016/S0141-8130(03)00022-9 ↗
16. 10.1177/09673911080160030210.1177/096739110801600302 ↗
17. 10.1016/j.biortech.2011.05.06410.1016/j.biortech.2011.05.064 ↗
18. 10.1007/s10570-007-9145-910.1007/s10570-007-9145-9 ↗
19. 10.1016/j.biortech.2011.08.04110.1016/j.biortech.2011.08.041 ↗
20. 10.1016/j.indcrop.2011.12.01610.1016/j.indcrop.2011.12.016 ↗
21. 10.1016/j.carbpol.2014.01.01310.1016/j.carbpol.2014.01.013 ↗
22. 10.1016/j.radphyschem.2012.06.01710.1016/j.radphyschem.2012.06.017 ↗
23. 10.1016/j.carbpol.2016.01.02010.1016/j.carbpol.2016.01.020 ↗
24. 10.1007/s10311-002-0005-410.1007/s10311-002-0005-4 ↗
25. 10.3390/molecules2302029010.3390/molecules23020290 ↗
26. Gokalp N. · J. Polym. Mater. · 2016 · 33 · 87
27. 10.1016/j.enzmictec.2018.12.00110.1016/j.enzmictec.2018.12.001 ↗
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31. 10.1021/am200182810.1021/am2001828 ↗
32. 10.1016/j.eurpolymj.2008.09.01610.1016/j.eurpolymj.2008.09.016 ↗
33. 10.3183/NPPRJ-2008-23-02-p202-20910.3183/NPPRJ-2008-23-02-p202-209 ↗
34. 10.1016/j.biortech.2014.09.00310.1016/j.biortech.2014.09.003 ↗
35. 10.1002/masy.20190013110.1002/masy.201900131 ↗
36. 10.1016/j.colsurfa.2013.03.01710.1016/j.colsurfa.2013.03.017 ↗
37. 10.1515/npprj-2018-301510.1515/npprj-2018-3015 ↗
38. 10.1021/acsami.0c1675810.1021/acsami.0c16758 ↗
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40. 10.1177/074823371349845810.1177/0748233713498458 ↗
41. 10.1016/j.foodchem.2005.06.03710.1016/j.foodchem.2005.06.037 ↗
42. 10.1021/acs.jafc.6b0481510.1021/acs.jafc.6b04815 ↗
43. 10.1016/j.foodhyd.2016.11.00710.1016/j.foodhyd.2016.11.007 ↗
44. 10.1016/j.polymer.2019.05.01210.1016/j.polymer.2019.05.012 ↗
45. 10.1016/j.tifs.2016.03.00910.1016/j.tifs.2016.03.009 ↗
46. 10.1039/C9TB00195F10.1039/C9TB00195F ↗
47. 10.1007/s12161-011-9326-x10.1007/s12161-011-9326-x ↗
48. 10.3390/molecules19122009110.3390/molecules191220091 ↗
49. 10.1016/j.cbi.2008.05.00310.1016/j.cbi.2008.05.003 ↗
50. 10.1039/C5RA21593E10.1039/C5RA21593E ↗
51. 10.1016/j.talanta.2014.07.06310.1016/j.talanta.2014.07.063 ↗
52. 10.1016/j.foodhyd.2019.10543810.1016/j.foodhyd.2019.105438 ↗
53. 10.1016/j.foodhyd.2019.03.00810.1016/j.foodhyd.2019.03.008 ↗
54. 10.1016/j.radphyschem.2004.11.00610.1016/j.radphyschem.2004.11.006 ↗
55. 10.1016/j.carbpol.2017.05.03610.1016/j.carbpol.2017.05.036 ↗
56. 10.1007/s10924-012-0431-810.1007/s10924-012-0431-8 ↗
57. 10.1016/j.jphotobiol.2016.03.00410.1016/j.jphotobiol.2016.03.004 ↗
58. 10.3390/nano801005310.3390/nano8010053 ↗
59. 10.1016/j.algal.2017.08.01510.1016/j.algal.2017.08.015 ↗
60. 10.1016/j.foodres.2006.02.00310.1016/j.foodres.2006.02.003 ↗
61. 10.1016/j.fpsl.2018.03.00210.1016/j.fpsl.2018.03.002 ↗
62. 10.1515/chem-2020-015410.1515/chem-2020-0154 ↗
63. 10.1002/pat.206210.1002/pat.2062 ↗
64. 10.1007/s00289-017-1999-x10.1007/s00289-017-1999-x ↗
65. 10.1016/j.polymer.2007.11.00110.1016/j.polymer.2007.11.001 ↗
66. 10.1016/j.fpsl.2018.08.00810.1016/j.fpsl.2018.08.008 ↗
67. Nigoghossian K. · J. Braz. Chem. Soc. · 2020 · 31 · 638
68. 10.1007/s10570-014-0327-y10.1007/s10570-014-0327-y ↗
69. 10.1002/app.3835910.1002/app.38359 ↗
70. 10.1016/j.msec.2016.11.04910.1016/j.msec.2016.11.049 ↗
71. 10.1166/jnn.2013.788210.1166/jnn.2013.7882 ↗
72. 10.1007/s12613-014-0909-610.1007/s12613-014-0909-6 ↗
73. 10.3390/en1101017010.3390/en11010170 ↗
74. 10.1002/fam.81018050210.1002/fam.810180502 ↗
75. Hornsby P. R. · 1996 · 203
76. 10.1016/j.tca.2011.11.00210.1016/j.tca.2011.11.002 ↗
77. 10.1016/S0040-6031(00)00669-910.1016/S0040-6031(00)00669-9 ↗
78. 10.1016/j.carbpol.2013.10.08310.1016/j.carbpol.2013.10.083 ↗
79. 10.1016/j.fpsl.2019.10044510.1016/j.fpsl.2019.100445 ↗
80. 10.1515/npprj-2018-300410.1515/npprj-2018-3004 ↗
81. De Assis T. · BioResources · 2018 · 13 · 4593
82. 10.1039/C7RA00052A10.1039/C7RA00052A ↗
83. 10.1016/j.fpsl.2017.01.00910.1016/j.fpsl.2017.01.009 ↗
84. Akgün M. · Tekst. ve Konfeksiyon · 2010 · 20 · 30
85. 10.5562/cca276810.5562/cca2768 ↗
86. 10.1007/s42452-020-2255-910.1007/s42452-020-2255-9 ↗
87. 10.1007/s10853-013-7519-y10.1007/s10853-013-7519-y ↗
88. 10.3390/coatings504088710.3390/coatings5040887 ↗
89. 10.1016/j.apsusc.2014.09.05310.1016/j.apsusc.2014.09.053 ↗
90. 10.1016/j.compscitech.2017.08.01810.1016/j.compscitech.2017.08.018 ↗
91. J. W.Rhim J. H.Lee S. I.Hong 2007 393.10.1002/pts.767 ↗
92. 10.1155/2012/30202910.1155/2012/302029 ↗
93. 10.1016/0378-5173(90)90201-E10.1016/0378-5173(90)90201-E ↗
94. 10.1021/acsami.9b0092210.1021/acsami.9b00922 ↗
95. 10.1021/acsanm.9b0216610.1021/acsanm.9b02166 ↗
96. 10.1016/j.surfcoat.2011.02.00910.1016/j.surfcoat.2011.02.009 ↗
97. 10.1016/j.foodhyd.2017.04.01810.1016/j.foodhyd.2017.04.018 ↗
98. 10.1016/j.foodhyd.2016.08.00410.1016/j.foodhyd.2016.08.004 ↗
99. 10.1016/j.ces.2014.08.04610.1016/j.ces.2014.08.046 ↗
100. 10.1016/j.ijbiomac.2020.06.08210.1016/j.ijbiomac.2020.06.082 ↗