ナノ添加の効果

Nov 16, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5063 (2023) この記事を引用

550 アクセス

3 引用

メトリクスの詳細

銀ナノ粒子 (AgNP) と酸化チタンナノ粒子 (TiO2-NP) で強化されたヒドロキシプロピルメチルセルロース (HPMC) をベースとしたバイオ複合フィルムが開発されました。いくつかの物理的および機械的特性: 引張強度 (TS)、伸び (E)、ヤング弾性率 (EM)、水蒸気透過性 (WVP)、および透明度が測定されました。これらのフィルムの抗菌特性も研究されました。 Ag NPとTiO2-NPで強化されたHPMCフィルムとナノ粒子を含まないHPMCの引張強度値は、それぞれ39.24、143.87、157.92 MPaでした。 HMPC フィルムの伸びは、AgNP および TiO2-NP で強化された HPMC フィルムよりも小さく、結果はそれぞれ 2、35、および 42% でした。さらに、HMPC 膜のヤング弾性率は 19.62 MPa と測定され、AgNP と TiO2-NP で強化された HPMC 膜はそれぞれ 4.11 MPa と 3.76 MPa でした。 HMPC 膜の WVP 値は、AgNP および TiO2-NP で強化された HMPC 膜よりも高く、それぞれ 0.5076 × 10−3、0.4596 × 10−3、0.4504 × 10−3 (g/msPa) でした。ナノ複合フィルムは、接触表面ゾーンでテストされた病原菌に対して強力な抗菌活性を示しました。 80 ppm での AgNP (約 10 nm) の抗菌活性は、食中毒病原体、つまりセレウス菌や大腸菌に対して 20 および 40 ppm よりも活性が高く、阻害ゾーンの直径はそれぞれ 9 および 10 mm でした。同様に、80 ppm の TiO2-NP (約 50 nm) は、B. cereus および Salmonella Typhimurium に対して 20 ppm および 40 ppm よりも活性が高く、阻害ゾーンの直径はそれぞれ 11 mm および 10 mm でした。

食品分野では、ナノ材料、特に包装材料の使用が非常に重要かつ魅力的なものとなっています。生鮮食品の賞味期限を延ばすための適切な包装材料として、可食性フィルムやコーティング材料が一般的に使用されています。これらのナノマテリアルは、体積に対する表面積の比率が高いこと、および色、溶解度、強度、拡散率、毒性、磁気、光学、熱力学などの他のユニークな物理化学的特性により、他の材料と比較して際立った特性を持っています1。ナノテクノロジーは新たな産業革命をもたらし、先進国も発展途上国もこのテクノロジーへのさらなる投資に関心を持っています2。したがって、ナノテクノロジーは、農業、食品、医療などのさまざまな分野で、新しい特性を備えた構造、材料、またはシステムの開発および応用の幅広い機会を提供します。ナノフードの市場規模は、2013 年に約 355 億米ドルと推定されています。 2020 年には 1,000 億米ドル3。

セルロースは環境中に最も豊富に存在する有機化合物であり、再生可能、リサイクル可能、生分解性 (炭素、水素、酸素に) が可能です4。特に、セルロースは熱可塑性ポリマーではないため、包装目的に適していますが、そのエステル誘導体 (メチルセルロース (MC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース (HPMC)、ヒドロキシプロピルセルロース (HPC)、およびエチルセルロース (EC)) は生分解性の熱可塑性ポリマーです。。ヒドロキシプロピルメチルセルロースと MC は冷水に可溶ですが、加熱後は 50 ～ 80 °C での加熱プロセスにより熱可逆性の比較的硬いゲルを形成します5,6。ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、無臭、無味、透明、安定、耐油性、無毒で、良好なフィルム形成特性を備えた食用材料です。これはグルコース分子の線形構造を持つ非イオン性ポリマーであり、そのマトリックスは水素結合を使用して安定化されています 7,8。

銀ナノ粒子は、複数の共生生物や病原菌株に対する抗菌力が確立されているため、最も研究されているナノ粒子の 1 つです9。細菌株以外にも、銀ナノ粒子は複数の真菌やいくつかのウイルスに対して阻害作用があることが知られています10。銀は、その DNA、タンパク質、酵素に結合することで細菌の代謝を標的とします。静菌効果が生じる11。銀ナノ粒子は外膜と細胞質膜の両方を不安定化し、破壊します12。銀ナノ粒子は呼吸鎖酵素も阻害し、活性酸素種 (ROS) の生成を刺激する可能性もあります13。

当然のことながら、二酸化チタンは 3 つの主要な相、つまりアナターゼ、ルチル、ブルッカイトで存在します。さまざまな結晶サイズ（直径は 2 ～ 6 nm の範囲）を有する 14。 TiO2 は光触媒能力を有しており、ナノスケールでは TiO2 が表面反応性を示し、生体分子 (リン酸化タンパク質およびペプチド) および DNA と結合します15。 TiO2 ナノ粒子の表面エネルギーはサイズとともに TiO2 の抗菌特性を増大させることはよく知られています 16 が、ナノ TiO2 粒子の抗菌能力は UV 照射に限定されます 17。 TiO2 の殺生物活性の正確なメカニズムは不明ですが、細菌細胞膜の外側/内側に対する最初の酸化攻撃に起因すると考えられます。TiO2 の変化は不明ですが、細菌細胞膜の外側 / 内側に対する最初の酸化攻撃に起因すると考えられます。内部細菌細胞膜、コエンザイム A 依存性酵素活性の変化、ヒドロキシルラジカルによる DNA 損傷18。

ポリエチレングリコール（PEG）で強化されたヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）フィルムの引張強度（TS）、水蒸気透過性（WVP）、伸び％（E）、吸着容量および水の可溶分％（SM）を研究しました。組成に応じて、TS は 17 ～ 44 N/mm2、フィルムの WVP は 0.232 · 1010 ～ 1.160 · 1010 g/msPa、%E は 14 ～ 97% と測定されました。 PEG の水分含量 (MC)、エタノール含量、および圧力がフィルム形成に影響を与えました。 PEG をポリマーマトリックスに添加すると、WVP、伸び (E)、および溶解度は増加しましたが、引張強度 (TS) は減少しました 19。

食品の安全は、先進国および発展途上国において重要な概念であり、健康への懸念です20。米国疾病予防管理センター21は、米国では5つの食中毒病原体により毎年約1億7,900万人が病気になり、42万8,000人が入院し、6,000人が死亡し、156億米ドルの損害が発生していると報告した。さらに、世界銀行の報告書22では、発展途上国における食中毒による被害額は約1,100億ドル、アジアとアフリカでは6億人が罹患し、42万人が早期に死亡したと報告されています。 5 つの食品媒介病原体は、リストされた食品に関連する死亡の約 (88%) を記録しています: 非腸チフス菌 (35%)、ノロウイルス (26%)、カンピロバクター (15%)、トキソプラズマゴンディ (8%)、および大腸菌 (4) %)21. 食品由来の病原菌や食品の腐敗を制御する 1 つの方法は、食品を包装するための抗菌フィルムを開発することです。

これらのフィルムの特性を研究することは食品の保存にとって非常に重要です。したがって、この研究の主な目的は、ナノ粒子 (AgNP および TiO2NP) で強化されたヒドロキシプロピルメチルセルロース (HPMC) から作られた可食フィルムを開発し、いくつかの機械的および抗菌特性を研究することです。これらの映画の。これらの特性には、引張強度 (TS)、伸び (E)、ヤング弾性率 (EM)、水蒸気透過性 (WVP)、および透明性が含まれます。

銀ナノ粒子 (AgNP)、酸化チタンナノ粒子 (TiO2-NP)、およびグリセロールは、エジプト、カイロの Nano Gate Company から購入しました。ヒドロキシプロピルメチルセルロース (HPMC) は、インドの GIDC 工業団地から供給されました。セレウス菌 (ATCC7464)、ネズミチフス菌 (ATCC14028)、大腸菌 (ATCC87939)、および黄色ブドウ球菌 (ATCC 6538) は (微生物資源センター、MIRCEN、およびカイロ、エジプト) から入手しました。表 1 に示すように、バイオ複合フィルムの化合物は、蒸留水、HMPC、グリセロール、AgNP、および TiO2NP から作成されました。

銀ナノ粒子 (AgNP) は、Pal らによって報告されているように、化学還元法によって調製されています 23。Ａｇナノ粒子の合成にはシャープ製電子レンジ（型式：Ｒ２５９）を使用した。典型的な手順では、ポリビニルピロリドン (PVP) の 1% (w/v) エタノール溶液 10 ml と 0.1 M AgNO3 0.2 ml を 25 ml の密閉三角フラスコに入れ、最高温度で作動する電子レンジに入れました。 100% 電力 800 W、周波数 2450 MHz を 5 秒間。無色の溶液は即座に特徴的な淡黄色に変わり、銀ナノ粒子の形成が示されました。従来の加熱と比較したマイクロ波媒介合成の利点は、急速な初期加熱と反応部位での局所的な高温ゾーンの生成により、一般に反応速度が 1 ～ 2 桁改善されることです 24。

酸化チタンナノ粒子 (TiO2-NP) は、Salah et al25 に従っていくつかの修正を加えて調製されました。簡単に説明すると、金属化合物のサイズ (約 0.6 ± 1 μm、120 純度 99.9%、インドの Loba, Chemi, Pvt. Ltd.) を、硬化鋼球 (直径 15 mm、重量 32 g) を使用して鋼セル (250 mL) 内で粉砕しました。周囲大気中で 2 ～ 50 時間の範囲のさまざまな時間放置します。機械的粉砕は、２５Ｈｚで作動する水平振動粉砕機（Ｒｅｔｓｃｈ、ＰＭ４００）で実施した。鋼球と粉末の混合比は重量パーセントで約１５：１であった。この実験では 2 つの並列セルを使用しました (サンプル粉末の総重量は 20 g でした)。

ヒドロキシプロピルメチルセルロース (HPMC) は、De Moura et al26 に従って若干の修正を加えて調製されました。簡単に説明すると、各 40 g の HPMC を 70 °C で 1000 mL の蒸留水に溶解し、完全に溶解するまで 1000 rpm/分で 2 時間撹拌しました。 1 mL の 30% グリセロールを可塑剤として添加し、次に 80 ppm の異なるナノ粒子を 30 分間撹拌しながら添加しました。溶液をオートクレーブ処理しました（121℃/15 psiで15分間）。次に、滅菌状態で 25 × 20 cm のガラスペトリ皿にキャストし、25 °C の層流空気中で一晩 (18 時間) 乾燥させ、使用するまで冷蔵保管しました。図1a。ナノ粒子を含まない HPMC 対照フィルム、図 1b。 80 ppm の濃度の銀ナノ粒子で強化された HPMC フィルムと図 1c。 80 ppm の濃度の酸化チタンナノ粒子で強化された HPMC フィルム。

HPMCフィルム。

Ag ナノ粒子の特徴的な光学特性は、PerkinElmer Lambda 35 UV-vis 分光光度計を使用して記録されました。スペクトルは 1 cm3 石英セルを使用して記録されました。溶液の発光スペクトル(220nm)を、日本分光分光蛍光光度計を使用して記録した。サイズ、形状、粒度分布は、加速電圧 200 kV で操作する JEOL JEM-2011 透過型電子顕微鏡を使用して測定しました。画像は、顕微鏡に取り付けられた Gatan DualVision 600t CCD カメラを使用して記録され、Gatan Digital Micrograph バージョン 3.11.1 を使用して分析されました。 TEM は、標準サンプルを使用して回折およびイメージングモードに合わせて校正されました。システムの解像度はマンガン (Mn)27 で校正されました。サンプルは、炭素コーティングされた銅グリッド上に溶液を一滴置き、空気中で乾燥させることにより、TEM 分析用に準備されました。エネルギー分散型 X 線分析は、TEM に取り付けられた 10 mm2 シリコン検出器を備えた Princeton Gamma Tech Prism 1G システムで実施し、ピークは Imix 10.594 ソフトウェア 27 で分析しました。

ナノ粒子の X 線回折 (XRD) は、Akbari et al28 に従って X 線回折計 (Riraku D/Max-B、東京、日本) を使用して測定されました。サンプルをスライドガラス上に置き、Cu放射線(波長0.1541nm)および40kVおよび30mAのニッケルモノクロメーターフィルタリング波を使用してスペクトルを記録した。 (TiO2-NPs) の平均結晶子サイズは、Scherer の式を使用して推定されました。

ここで、D は結晶子サイズ、λ は X 線の波長、β はピークの最大値の全幅、θ は回折ピークの中心角です。

食中毒病原体に対するナノ粒子の抗菌活性は、Salari et al29 に従って、トリプシン大豆寒天培地 (TSA) 上でのディスク拡散法によって行われました。接種材料（100μl）は、この研究で使用した調整されたナノ粒子（20、40、および80 ppm）であり、37℃で24〜48時間インキュベートした後に測定されました。細菌の増殖を阻害するゾーンを mm 単位で測定しました。

フィルムの厚さは、デジタルマイクロメータ（ミツトヨ製造株式会社、日本、WVP 後および引張試験前のフィルム上の 5 つのランダムな位置で感度 ± 0.001 mm）を使用して測定されました。WVP および機械的特性は、平均厚さに基づいて計算されました 19。

複合可食フィルムの TS、EAB、および EM は、Hazirah et al30 に従って決定されました。 Instron Universal Testing Instrument (モデル 1011) を使用してフィルムの TS と %E を測定しました。試験用フィルム試験片は、ASTM D683M31 で提案されている長さ 38 mm、幅 5.79 mm の長方形のストリップでした。５０ｍｍ／分のひずみ速度を使用した。すべてのフィルムストリップを、キャビネット内で飽和硝酸マグネシウム溶液を使用して室温（２５±１℃）で５２±２％ＲＨに１週間平衡化した。各 MC フィルムの少なくとも 4 つの複製をテストしました。 3 つのテストはすべて、食用複合フィルムで実施されました 31。 TS、EAB、および EM の値は次を使用して計算されました。

ここで、Fmax はサンプルを引き離すのに必要な最大荷重 (N)、A はフィルムサンプルの断面積 m2 です。

ここで、lmax は破断の瞬間のフィルムの伸び (mm)、lo はサンプルの初期グリップ長さ (mm) です。

ここで、応力は荷重 (N) を面積 (mm2) で割ったもので、ひずみは長さの変化 (mm) を元の長さ (mm) で割ったものです。

フィルムの WVP は、修正 ASTM E96-8031 手順を使用して、25 ± 1 °C で重量測定により測定されました。試験フィルムを、無水塩化カルシウム（Merck、ダルムシュタット、ドイツ）を含む相対湿度 0% のガラス皿に密封し、その皿を飽和硝酸マグネシウム（Merck、ダルムシュタット、ドイツ）を加えて 52 ± 2% RH に維持したデシケーター内に置きました。）。フィルムを通って移動し、乾燥剤によって吸収された水蒸気は、重量増加を測定することによって決定されました。 WVP は次の式から計算されました。

ここで、WVP の単位は g/msPa、x はフィルムの厚さ (m)、A は露光されたフィルムの面積 (m2)、DP はフィルム全体の水蒸気圧の差 (Pa)、C は重量の傾きです。時間に対する皿の増加量 (0.0001 g 単位)。一般に、7 ～ 10 時間にわたって 10 回の計量が行われました。傾きは線形回帰によって計算され、報告されたすべてのデータの相関係数 (r2) は 0.99 以上でした。各フィルムタイプの少なくとも 3 つの複製を WVP についてテストしました。

図 2 は、Hazirah らによる LS108 スペクトル透過率計 PL 透過率計、BL 透過率計、光透過率計によってナノ材料で強化されたフィルムの透明度を測定したことを示しています30。次の機能とパラメータがあります。

LS108 スペクトラム透過率計。

特徴：

PL透過率計、BL透過率計、光透過率計、1台で3つの機能を実現。

セルフキャリブレーションと自動キャリブレーションにより、手動調整は必要ありません。

試験サンプルを試験位置に置くだけの簡単な操作で、サンプルのPL、BL、VL透過率値が同時に表示されます。

パラメータ:

サイズ: 200mm*180mm*106mm (長さ*幅*高さ)

試験サンプルのサイズ: > ￠3 mm

重量: 1500 グラム

解像度: 0.1%

精度：±2％（無色透明素材）

紫色光ピーク波長：395nm

ブルーライトピーク波長：460nm

可視光ピーク波長：550nm

電源: 5 V DC アダプター。

包装フィルムの製造に使用される銀 (AgNP) や酸化チタン (TiO2NP) などのナノ材料の特性が研究されました。バイオ複合フィルムの引張強度(TS)、伸び(E)、ヤング弾性率(EM)、水蒸気透過性(WVP)、透明性および抗菌特性などのフィルムの特性を、強化された可食性フィルムについて研究した。 AgNP と TiO2 -NP を使用します。

図 3 は、球状粒子のサイズが直径 10 ± 2 nm であることを示しています。 100 倍に希釈したコロイド懸濁液に対して TEM 分析を実行したところ、高解像度画像の小さなセクションでは粒子がほとんど観察されませんでした。マイクロ波照射処理を利用すると、加熱が速いだけでなく、均一に分布した単分散粒子が得られるため良好な結果が得られます。銀ナノ粒子の形成により溶液の色が変化した。銀ナノ粒子の可視スペクトルには、わずかに高い416 nmの特徴的な表面プラズモンバンドが示されています（図4）。これらの結果は、Pal et al23,27 によって得られた結果と一致しました。銀ナノ粒子は、表面プラズモンにおけるわずかなレッドシフトのため、周囲の媒質の屈折率を持っていました。

AgNP の TEM を異なるスケールで示します (A) 100 nm、(B) 20 nm。

銀ナノ粒子の紫外可視および蛍光分光分析。

TiO2-NP を XRD で測定し、微結晶サイズとナノ粒子の純度を決定しました。ナノ粒子の結晶化度サイズは、図5に示すようにXRD分析によって確認されました。乾燥ナノ粒子のXRDスペクトルは、高純度で、明瞭でブロードなピークでした。 XRD パターンは、ウルツ鉱構造と平均結晶 (直径) によく一致します。したがって、XRD 特性評価の結果により、ナノ粒子のサイズは約 50 ± 5 nm の半径を持つと結論付けることができます。これらの結果は、Aboud らによって得られた結果と一致しています 32。

酸化チタンナノ粒子（TiO2-NP）のXRDパターン。

表 2 は、4 つの食品媒介病原体に対する無機ナノ粒子、つまり銀ナノ粒子 (AgNP) と酸化チタンナノ粒子 (TiO2-NP) の抗菌活性を示しています。セレウス菌、ネズミチフス菌、大腸菌、黄色ブドウ球菌について、Ag 80 ppm の Nps (~ 10 nm) および TiO2-NP (~ 50 nm) は、20 および 40 ppm よりも食中毒菌、すなわちセレウス菌、ネズミチフス菌、大腸菌 0157:H7 および黄色ブドウ球菌に対して有効でした。それぞれ。これらの結果は、Khezerlou ら 33 および Ejaz ら 34 によって示された結果と部分的に一致します。さらに、80 ppm の AgNP は、B.Cereus および E. Coli に対してより効果的でした。これらの結果は、Nanda および Saravanan によって報告されたデータと一致します 35。同様に、80 ppm の TiO2-NP は B.cereus および S. Typhimurium に対してより活性があり、これらの結果は Martinez-Gutierrez らによって得られた結果と同様でした 36。 AgNP および TiO2-NP を組み込んだ複合フィルムは、グラム陽性およびグラム陰性の食品媒介病原菌の両方に対して強力な抗菌活性を示しました。

図 6 は、異なる濃度 20、40、および 80 ppm での銀ナノ粒子 (Ag-NP) および酸化チタンナノ粒子 (TiO2-NP) の S.Typhimurium に対する抗菌活性を示しています。結果は、(Ag-NP) および (Tio2-NP) の濃度が 80 ppm の場合、20 および 40 ppm よりも高い値であり、阻害ゾーンの直径はそれぞれ 8 および 10 mm でした。図 7 は、抗菌活性が高いことを示しています。異なる濃度 20、40、および 80 ppm での銀ナノ粒子 (Ag-NP) および酸化チタンナノ粒子 (TiO2 -NP) の大腸菌に対する試験。結果は、(Ag-NP) および (Tio2 -NP) の濃度が 80 ppm の場合、20 および 40 ppm よりも高い値であり、阻害ゾーンの直径はそれぞれ 10 および 9 mm でした。図 8 は、Ag-NP の抗菌活性を示しています。黄色ブドウ球菌に対する、異なる濃度 20、40、および 80 ppm の銀ナノ粒子 (Ag-NP) および酸化チタンナノ粒子 (TiO2-NP)。結果は、(Ag-NPs) および (TiO2 -NPs) の濃度が 80 ppm の場合、20 および 40 ppm よりも高い値であり、阻害ゾーンの直径はそれぞれ 8 および 8 mm でした。図 9 は抗菌活性を示しています。銀ナノ粒子 (Ag-NP) および酸化チタンナノ粒子 (TiO2-NP) 薬剤の濃度 20、40、および 80 ppm の B.cereus に対する試験。結果は、(Ag-NP) および (TiO2-NP) の濃度が 80 ppm の場合、20 および 40 ppm よりも高い値であり、阻害ゾーンの直径はそれぞれ 9 および 11 mm でした。

ネズミチフス菌に対するさまざまな濃度のナノ粒子の抗菌活性。

大腸菌に対するさまざまな濃度のナノ粒子の抗菌活性。

黄色ブドウ球菌に対するさまざまな濃度のナノ粒子の抗菌活性。

セレウス菌に対するさまざまな濃度のナノ粒子の抗菌活性。

バイオ複合フィルムの厚さの平均をテストしました (HMPC、AgNP で強化された HMPC、および TiO2NP で強化された HMPC)。表 3 に示すように、コントロールフィルム (HMPC)、HMPC-AgNP、および HMPC-TiO2NP の結果値は、それぞれ 0.30、0.19、および 0.12 μm でした。

引張強さ、伸び、ヤング弾性率などの機械的特性を評価しました。表 4 に示すように、Ag NP および TiO2-NP で強化された HPMC フィルムの引張強度は、ナノ粒子を含まない HPMC フィルム (対照) の引張強度よりも高く、結果の値は、HMPC についてそれぞれ 39.24、143.87、および 157.92 MPa でした。、AgNP で強化された HMPC、および TiO2NP で強化された HMPC。一方、伸びをテストしたところ、Ag NP と TiO2-NP で強化された HPMC フィルムは、ナノ粒子を含まない HPMC フィルム (対照) と比較して伸びの値が高く、結果の値は 2、35、および 42 でした。それぞれ、HMPC、AgNP で強化された HMPC、TiO2NP で強化された HMPC の場合は % でした。さらに、ヤング率の弾性率も評価した結果、Ag NP および TiO2-NP で強化された HPMC フィルムは、ナノ粒子を含まない HPMC フィルム (対照) と比較して値が低いことがわかりました。伸び値はそれぞれ19.62、4.11、3.76MPaでした。これは、(a) HPMC フィルム構造間の細孔を埋めるナノ粒子の能力によるものです。 (b) フィルム形成中に水が蒸発し、浸透性が高まります。 (c) したがって、増加した表面積により、(d) フィルムの厚さが強化され、生分解性になります。これらの結果は、Martinez-Gutierrez ら 36、Jiménez ら 37、Silva-Weiss ら 38、Ahmadi ら 39、Osorio ら 40、Sievens-Figueroa ら 41 によって得られた結果と一致しています。

引張、伸び、ヤング弾性率などの機械的特性は、組織解析を使用して評価されました。図 10 は HPMC 膜 (対照) の組織曲線を示し、図 11 は HPMC-AgNP の組織曲線を示し、図 12 は HPMC-TiO2 NP の組織曲線を示します。

HPMC フィルムのテクスチャーカーブ (コントロール)。

AgNPで強化されたHPMCフィルムのテクスチャーカーブ。

TiO2-NPで強化されたHPMCフィルムのテクスチャーカーブ。

図 13、14、および 15 は、重量増加と線形回帰 (Y) によって傾き (C) を計算する時間との関係を示しています。相関係数 (r2) は、フィルムを介して移動した WVP を決定するために使用されます。体重の増加。表５に示すように、ナノ粒子で強化されたバイオ複合フィルムの透水性を決定するために使用されるバイオ複合フィルムの傾き。

HMPCフィルムのグラフ。

Ag NP で強化された HMPC フィルムのグラフ。

TiO2 NP で強化された HMPC フィルムのグラフ。

表６は、バイオ複合フィルムのＷＶＰを決定するための時間経過に伴う重量増加の平均を示す。 WVP の結果は、Ag NP と TiO2-NP で強化された HPMC フィルムは、ナノ粒子を含まない HPMC フィルム (対照) よりも値が小さく、結果の値は 0.5076 × 10-3、0.4596 × 10-3、および 0.4504 × 10 であることを示しました。それぞれ –3 (g/msPa)。これらのデータは (a) 膜厚に戻ります。 (b) HPMC フィルム構造間の細孔を埋めるナノ粒子の能力。 (c) 異なるナノ粒子による HPMC の拡散と均質化された構造の形成 37。 HMPCコントロールの膜厚(x)の値は0.164μmであった。 AgNPとTiO2NPで強化された食用フィルムの厚さの値は,それぞれ0.1855と0.1455μmであった。これらの結果は、Jiménez ら 37、Silva-Weiss ら 38、Ahmadi ら 39、Osorio ら 40、Sievens-Figueroa ら 41 によって得られた結果と一致しています。

表７は、ＨＰＭＣのみと比較した、ＡｇＮＰおよびＴｉＯ２−ＮＰのナノ粒子で強化されたＨＰＭＣフィルムをベースとするバイオ複合フィルムの透明性を示す。異なる波長 395、430、および 550 nm での可視光ピーク (VL) は、Ag NP および TiO2-NP ナノ粒子フィルムで強化された HPMC フィルムでは 45 ～ 63% の範囲でしたが、それは 58 ～ 73% の範囲であったことがわかります。 HPMC制御。それは、ナノ粒子カラーで強化されたフィルムの違いによるものです42。

ヒドロキシプロピルメチルセルロース (HPMC) をベースとしたバイオ複合フィルムを、キャスト法により一定濃度の AgNP および TiO2-NP を用いて調製しました。結果は、バイオ複合材料のいくつかの特性が AgNP および TiO2-NP の含有量によって影響を受けることを示しました。 AgNP と TiO2-NP は、バイオ複合材料の WVP の改善を引き起こしました。対照フィルムの透明性は、HMPC フィルムで強化されたさまざまなナノ粒子サンプルよりも優れていました。膜の機械的抵抗は、AgNP と TiO2 NP との複合材料の形成後に増加しました。しかしながら、ナノ粒子の添加により、破断点伸びの値が増加した。 AgNP と TiO2-NP を組み込んだバイオ複合フィルムは、グラム陽性およびグラム陰性の食品媒介病原菌の両方に対して強力な抗菌活性を示しました。 HMPC フィルムに添加された AgNP と TiO2-NP は、食品の保存期間を延長するための新規の活性食品包装材料として使用できます。ただし、バイオポリマーマトリックスから放出されるナノ材料の潜在的な毒性と食品への移行を決定するには、さらなる研究が必要です。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

フィルムサンプルの断面積

銀ナノ粒子

皿の重量増加の傾き

結晶子のサイズ

伸長

ヤング弾性率

サンプルを引き離すのに必要な最大荷重

ヒドロキシプロピルメチルセルロース

フィルム破断時の伸びと

サンプルの初期グリップ長さ

水分含量

活性酸素種

可溶性物質

酸化チタンナノ粒子

抗張力

水蒸気透過性

膜厚

フィルム全体の水蒸気圧差

X線の波長

ピークの最大値における全幅

回折ピークの中心角

Rai, M.、Yadav, A.、Gade, A. 新世代の抗菌剤としての銀ナノ粒子。バイオテクノロジー。上級 27(1)、76–83 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

マサチューセッツ州クレシら。食品および乳製品加工におけるナノテクノロジーの応用: 概要。パク。 J.食品科学。 22(1)、23–31 (2012)。

Google スカラー

Ranjan, S.、Dasgupta, N. & Ramalingam, C. 食品および農業におけるナノマテリアル: 安全性への懸念と規制問題の概要。クリティカル。食品科学牧師ナットル。 58(2)、297–317 (2018)。

論文 PubMed Google Scholar

Choi, WS、Singh, S. & Lee, YS ヒドロキシプロピルメチルセルロースにエッセンシャルオイルを含む可食フィルムの特性評価と、フォルモサプラム (Prunus salicina L.) の品質特性に対するその影響。 LWT-食品科学。テクノロジー。 70、213–222 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Moghimi, R.、Aliahmadi, A. & Rafati, H. 食品包装用のタチジャコウソウ精油のナノエマルジョンを含む抗菌性ヒドロキシプロピルメチルセルロース食用フィルム。炭水化物。ポリム。 175、241–248 (2017)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Sánchez-González, L.、Vargas, M.、González-Martínez, C.、Chiralt, A. & Chafer, M. ヒドロキシルプロピルメチルセルロースとティーツリーエッセンシャルオイルをベースとした食用フィルムの特性評価。食品ハイドロコール。 23(8)、2102–2109 (2009)。

記事 Google Scholar

Byun, Y.、Ward, A. & Whiteside, S. シェラック-ヒドロキシプロピルメチルセルロース複合フィルムの形成と特性評価。食品ハイドロコール。 27(2)、364–370 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

Klangmuang, P. & Sothornvit, R. タイのエッセンシャルオイルを配合したヒドロキシプロピルメチルセルロースベースのナノ複合フィルムのバリア特性、機械的特性、抗菌活性。食品ハイドロコール。 61、609–616 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Kumar, R. & Münstedt, H. 抗菌ポリアミド/銀複合材料からの銀イオンの放出。バイオマテリアル 26(14)、2081–2088 (2005)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ダンカン、TV 食品包装と食品安全におけるナノテクノロジーの応用: バリア材料、抗菌剤、センサー。 J. コロイドインターナショナル科学。 363(1)、1–24 (2011)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Cavaliere、E. et al. クラスタービームデポジション法により得られる、殺菌性の高いAgナノ粒子膜。ナノメッド。ナノテクノロジー。バイオル。医学。 11(6)、1417–1423 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

モロネス、JR 他銀ナノ粒子の殺菌効果。ナノテクノロジー。 16(10)、2346 (2005)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Emamifar, A.、Kadivar, M.、Shahedi, M.、および Soleimanian-Zad, S. オレンジジュース中のラクトバチルスプランタルムの不活化に対する、Ag および ZnO を含むナノ複合パッケージの効果。食べ物の続き 22、408–413 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Naicker, PK、Cummings, PT、Zhang, H. & Banfield, JF 分子動力学シミュレーションを使用した二酸化チタンナノ粒子の特性評価。Ｊ．Ｐｈｙ．化学。 109、15243–15249 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

Liang, P.、Ding, Q. & Liu, Y. 固定化されたナノメートル二酸化チタンマイクロカラム上での Cr (III) の選択的分離と予備濃縮によるクロムのスペシエーション。 J. Sep. Sci. 29(2)、242–247 (2006)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Macwan, DP、Dave, PN & Chaturvedi, S. ナノ TiO 2 ゾルゲル型合成とその応用に関する総説。 J. メーター。科学。 46(11)、3669–3686 (2011)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Shi, H.、Liu, F.、Yang, L.、Han, E. ナノメートルサイズの TiO2 および SiO2 で強化されたエポキシの保護性能の特性評価。プログレ組織コート。 62(4)、359–368 (2008)。

記事 CAS Google Scholar

クバッカ、A.ら。病原性細菌における TiO2 ベースのナノ複合フィルムの抗菌メカニズムの理解。科学。議員 4(1)、1–9 (2014)。

記事 Google Scholar

Turhan, KN & Şahbaz, F. メチルセルロースベースの食用フィルムの水蒸気透過性、引張特性、および溶解性。 J.食品工学 61(3)、459–466 (2004)。

記事 Google Scholar

Hussain, MA、Elkhishin, M. & Sheng, Y. 食品のイノベーションと食品の安全性: 世界の食料安全保障の 2 つの重要な要素。 J.Adv. フードテクノロジー。ナット。科学。 1、47–50 (2015)。

Google スカラー

CDC。アメリカ疾病予防管理センター。食中毒発生の監視米国: 年次報告書、1 ～ 24 https://www.cdc.gov/foodsafety/pdfs/2015foodborneoutbreaks_508pdf、(2017) より取得。

世界銀行。世界的なデータと統計、研究と出版物、貧困と開発に関するトピック。 https://www.worldbank.Org/en/news/pressrelease23/10/2018food-borne-illnessess-cost-us-低所得国と中所得国で年間1,100億。 1–5 (2018)。

Pal, A.、Shah, S. & Devi, S. ポリマー水溶液中での Au、Ag、および Au-Ag 合金ナノ粒子の合成。コロイドサーフ。物理化学。工学側面 302、51–57 (2007)。

記事 CAS Google Scholar

Fu-Ken, L. 他エタノールを還元剤として使用した、マイクロ波支援による銀ナノ粒子の合成。メーター。化学。物理学。 114、530–532 (2005)。

Google スカラー

サラー、N. 他抗菌材料としての ZnO ナノ粒子の高エネルギーボールミル粉砕技術。内部。 J.ナノメッド。 6, 863 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

デ・モウラ、MR 他キトサン/トリポリリン酸ナノ粒子を含む新規ヒドロキシプロピルメチルセルロース可食性フィルムのバリア性と機械的特性が向上しました。 J.食品工学 92(4)、448–453 (2009)。

記事 Google Scholar

Pal, A.、Shah, S.、Devi, S. 還元剤としてエタノールを使用した銀ナノ粒子のマイクロ波支援合成。メーター。化学。物理学。 114、530–532 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Akbari, B.、Tavandashti, MP、Zandrahimi, M. ナノ粒子の粒径特性評価: 実用的なアプローチ。イラン。 J. メーター。科学。工学 8(2)、48–56 (2011)。

CAS Google スカラー

Salari, M.、Khiabani, MS、Mokarram, RR、Ghanbarzadeh, B. & Kafil, HS バクテリアセルロースナノ結晶と銀ナノ粒子を含むキトサンベースの活性ナノ複合フィルムの開発と評価。食品ハイドロコール。 84、414–423 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Hazirah、MN、Isa、MIN & Sarbon、NM ゼラチン - カルボキシメチルセルロースフィルムブレンドの物理的および機械的特性に対するキサンタンガムの影響。フードパック。保存期限 9、55–63 (2016)。

記事 Google Scholar

ASTM。材料の水蒸気透過率の標準試験方法。 E 96–80、ASTM 規格年鑑、ペンシルバニア州フィラデルフィア、761–770 ページ (1983 年)。

アブード、AA et al. 純粋およびドープされた CeO2 ナノペレットに基づく CO2 応答。 J. メーター。解像度テクノロジー。 7(1)、14–20 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Khezerlou, A.、Alizadeh-Sanib, M.、Azizi-Lalabadib, M. & Ehsani, A. ナノ粒子と、細菌、真菌、寄生虫、ウイルスなどの病原体に対するその抗菌特性。Ｊ．Ｍｉｃｒｏｂ．病原菌。 123(2)、505–526 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Ejaz, M.、Arfat, YA、Mulla, M. & Ahmed, J. 酸化亜鉛ナノロッド/クローブ精油を組み込んだタイプ B ゼラチン複合フィルムとエビ包装へのその適用性。フードパック。保存期限 15、113–121 (2018)。

記事 Google Scholar

Nanda, A. & Saravanan, M. 黄色ブドウ球菌由来の銀ナノ粒子の生合成と、MRSA および MRSE に対するその抗菌活性。ナノメッド。ナノテクノロジー。バイオル。医学。 5(4)、452–456 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

マルティネス・グティエレス、F. 他銀およびチタンのナノ粒子の抗菌効果および細胞毒性効果の合成、特性評価、および評価。ナノメッド。ナノテクノロジー。バイオル。医学。 6(5)、681–688 (2010)。

記事 CAS Google Scholar

Jiménez, A.、Fabra, MJ、Talens, P. & Chiralt, A. 脂肪酸を含むヒドロキシプロピルメチルセルロース可食性フィルムの微細構造および物理的特性に対する脂質の自己会合の影響。 J. 炭水化物。ポリ。 82(3)、585–593 (2010)。

記事 Google Scholar

Silva-Weiss、AA、Ihi、MP、Sobral、PJA、Gómez-Guillen、MC、Bifani、V. 生理活性食用フィルムおよびコーティングの天然添加物: 食品における機能性と用途。 J.食品工学 5、200–216 (2013)。

CAS Google スカラー

Ahmadi , R. 、Kalbasi-Ashtari , A. 、Oromiehie , A. 、Yarmand , MS & Jahandideh , F. オオバコ種子 (Plantago ovata Forsk) から得られる新規生分解性可食フィルムの開発と特性評価。 J.食品工学 109(4)、745–751 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

Osorio, FA、Molina, P.、Matiacevich, S.、Enrione, J. & Skurtys, O. ブルーベリーコーティング用に開発されたヒドロキシプロピルメチルセルロース (HPMC) ベースの可食フィルムの特性。 J.プロセディア食品科学。 1、287–293 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Sievens-Figueroa、L. et al. 製薬用途向けの安定した BCS クラス II 薬物ナノ粒子を含むヒドロキシプロピルメチルセルロースフィルムの調製と特性評価。内部。Ｊ．Ｐｈａｒｍ． 423(2)、496–508 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Osman、AG、El-Desouky、AI、Morsy、MK、Aboud、AA & Mohamed、MH 鶏の切り身中の食品由来の病原体に対する酸化アルミニウムと酸化ケイ素のナノ複合材料の影響。ユーロ。 J.ナット。食品安全。 9、152–162 (2019)。

記事 Google Scholar

リファレンスをダウンロードする

彼の研究は、ベンハ大学科学研究開発支援センターによって全面的に後援されています。また、エジプトのカイロにあるアラブ科学技術・海運アカデミーにも感謝の意を表したいと思います。

科学技術イノベーション資金庁 (STDF) がエジプト知識銀行 (EKB) と協力して提供するオープンアクセス資金。この研究は、エジプトのベンハ大学科学研究センターの支援と開発によって支援されました。また、エジプトのカイロにあるアラブ科学技術・海運アカデミーにも感謝の意を表したいと思います。

ベンハ大学農学部農業生物システム工学部、私書箱 13736、モシュトホル、トゥーク、カルビア、エジプト

エルサイード・カーター、アデル・バナサウィ、バスマ・アブ・ガバル

基礎応用科学部、工学技術学部、アラブ科学技術海上輸送アカデミー (AASTMT)、私書箱 2033、カイロ、エジプト

ワエル・アッバス & オサマ・モーシー

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

ES.、AB、BAG、WA、OM: 調査、リソース、執筆 - 原案の準備、執筆 - レビューと編集。

エル・サイード・カタールへの通信。

著者は利益相反がないことを宣言します。資金提供者は研究の計画に何の役割もありませんでした。データの収集、分析、または解釈において。原稿の執筆と結果の出版の決定において。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープンアクセスこの記事はクリエイティブコモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブコモンズライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれています。素材が記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

Khater, ES.、Bahnasawy, A.、Gabal, BA 他。ヒドロキシプロピルメチルセルロース (HPMC) 可食フィルムの特性に対するナノ材料の添加の影響。 Sci Rep 13、5063 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-32218-y

引用をダウンロード

受信日: 2022 年 10 月 17 日

受理日: 2023 年 3 月 24 日

公開日: 2023 年 3 月 28 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32218-y

次のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます。

申し訳ございませんが、現在この記事の共有リンクは利用できません。

Springer Nature SharedIt コンテンツ共有イニシアチブによって提供

コメントを送信すると、利用規約とコミュニティガイドラインに従うことに同意したことになります。虐待的なもの、または当社の規約やガイドラインに準拠していないものを見つけた場合は、不適切としてフラグを立ててください。

前: HPMCカプセル市場の現状と将来展望（2023年）次: 栄養補助食品受託製造サービス市場は4億6,611万米ドルに達し、2033年末までに12.05%のCAGRで拡大すると予測

お問い合わせを送信

送信