Эффект от добавления нано

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5063 (2023) Цитировать эту статью

Разработаны биокомпозитные пленки на основе гидроксипропилметилцеллюлозы (ГПМЦ), армированные наночастицами серебра (НЧ Ag) и наночастицами оксида титана (НЧ TiO2). Были определены некоторые физико-механические свойства: предел прочности (TS), относительное удлинение (E), модуль упругости Юнга (EM), паропроницаемость (WVP) и прозрачность. Также были изучены антибактериальные свойства этих пленок. Значения прочности на разрыв пленки ГПМЦ, армированной НЧ Ag и НЧ TiO2, и ГПМЦ без наночастиц составили 39,24, 143,87 и 157,92 МПа соответственно. Удлинение пленки ГМПК было меньше, чем пленки ГПМЦ, армированной НЧ Ag и НЧ TiO2, результаты составили 2, 35 и 42% соответственно. Кроме того, модуль упругости Юнга пленки HMPC составил 19,62 МПа, а пленки HPMC, армированной AgNP и TiO2-NP, составил 4,11 и 3,76 МПа соответственно. Значения WVP пленки HMPC были выше, чем у пленки HMPC, армированной AgNP и TiO2-NP, где они составляли 0,5076 · 10-3, 0,4596 · 10-3 и 0,4504 · 10-3 (г/мсПа) соответственно. Нанокомпозитные пленки продемонстрировали сильную антибактериальную активность в отношении тестируемых патогенных бактерий в зоне контактной поверхности. Антибактериальная активность AgNP (~ 10 нм) при 80 ppm была более активной, чем при 20 и 40 ppm, против патогенов пищевого происхождения, т.е. Bacillus cereus и Escherichia coli, диаметр зоны ингибирования составлял 9 и 10 мм соответственно. При этом НЧ TiO2 (~50 нм) при 80 м.д. были более активны, чем 20 и 40 м.д., против B. cereus и Salmonella Typhimurium, диаметры зон ингибирования составляли 11 и 10 мм соответственно.

В пищевом секторе использование наноматериалов стало очень важным и привлекательным, особенно упаковочных материалов. Съедобные пленки и покрывающие материалы обычно используются в качестве упаковочных материалов для продления срока хранения свежих продуктов питания. Эти наноматериалы обладают выдающимися свойствами по сравнению с другими материалами благодаря высокому соотношению площади поверхности к объему и другим уникальным физико-химическим свойствам, таким как цвет, растворимость, прочность, диффузионная способность, токсичность, магнитные, оптические и термодинамические и т. д.1. Нанотехнологии принесли новую промышленную революцию, и как развитые, так и развивающиеся страны заинтересованы в большем инвестировании в эту технологию2. Таким образом, нанотехнологии предлагают широкий спектр возможностей для разработки и применения структур, материалов или систем с новыми свойствами в различных областях, таких как сельское хозяйство, продукты питания, медицина и т. д. Маркетинг нанопродуктов в 2013 году оценивался примерно в 35,5 миллиардов долларов США. 100 миллиардов долларов США в 2020 году3.

Целлюлоза является наиболее распространенным органическим соединением в окружающей среде, которое является возобновляемым, перерабатываемым и биоразлагаемым (на углерод, водород и кислород)4. Примечательно, что целлюлоза больше подходит для упаковки, поскольку она не является термопластичным полимером, тогда как ее эфирные производные (метилцеллюлоза (MC), гидроксипропилметилцеллюлоза (HPMC), гидроксипропилцеллюлоза (HPC) и этилцеллюлоза (EC)) представляют собой биоразлагаемые термопластичные полимеры. . Гидроксипропилметилцеллюлоза и МЦ растворимы в холодной воде, но после нагревания при нагревании при 50–80 °С образуют термически обратимый и относительно твердый гель5,6. Гидроксипропилметилцеллюлоза — не имеющий запаха, вкуса, прозрачный, стабильный, маслостойкий, нетоксичный и съедобный материал с хорошими пленкообразующими свойствами. Это неионогенный полимер с линейной структурой молекул глюкозы, матрица которого стабилизирована с помощью водородных связей7,8.

Наночастицы серебра являются одними из наиболее изученных наночастиц благодаря их установленному антимикробному потенциалу против множества комменсалов и патогенных штаммов9. Помимо бактериальных штаммов, известно, что наночастицы серебра обладают ингибирующим действием против множества грибов, а также некоторых вирусов10. Серебро воздействует на метаболизм бактерий, связываясь с их ДНК, белками и ферментами; что приводит к бактериостатическому эффекту11. Наночастицы серебра дестабилизируют и разрушают как внешнюю, так и цитоплазматическую мембрану12. Наночастицы серебра также ингибируют ферменты дыхательной цепи и могут стимулировать выработку активных форм кислорода (АФК)13.