بررسی خواص فیزیکی، مکانیکی و ضدباکتری فیلم‌های نانوبیوکامپوزیتی بر پایه نشاسته حاوی نانوذرات فلزی نقره، اکسید روی و اکسید مس

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز

2 استادیار، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز

3 استاد، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

چکیده

در این پژوهش، فیلم‌‌های نانوبیوکامپوزیتی نشاسته - نانوذرات تکی نقره (Ag)، اکسید روی (ZnO) و اکسید مس (CuO) به روش قالب‌ریزی از محلول (Solution Casting) تهیه شده است. خواص کششی، انحلال‌پذیری در آب، جذب اشعه ماوراء بنفش و خواص ضدمیکروبی این فیلم‌های حاوی نانوذرات تکی با هم مقایسه شده است. نتایج بررسی‌ها نشان داد، فیلم نانوبیوکامپوزیتی حاوی نانوذرات اکسید روی به مقدار 3 درصد وزنی نشاسته، بهترین عملکرد را در کاهش انحلال‌پذیری در آب ازخود نشان داده است. آنالیز طیف‌سنجی اشعه ماوراء بنفش (UV-Vis) نیز نشان داد که فیلم‌ حاوی نانوذرات اکسید روی دارای بیشترین میزان جذب اشعه فرابنفش می‌باشد. همچنین طی آنالیز ضدمیکروبی انجام شده مشاهده گردید که فیلم‌ نانوبیوکامپوزیتی حاوی نانوذرات نقره در برابر باکتری اشرشیاکلی و فیلم دارای نانوذرات اکسید مس در برابر باکتری استافیلوکوکوس اورئوس حساسیت بیشتری از خود نشان می‌دهند. خاصیت ضدمیکروبی فیلم حاوی نانوذرات نقره در سطح 2 درصد وزنی در برابر باکتری اشرشیاکلی حدود 94 درصد و در برابر باکتری استافیلوکوکوس اورئوس حدود 83 درصد می‌باشد. در نهایت نتایج حاصل از آنالیز استحکام مکانیکی این فیلم‌ها حاکی از آن است که فیلم نانوبیوکامپوزیتی نشاسته - نانوذرات اکسید روی دارای استحکام کششی بیشتری از فیلم‌های نشاسته - نانوذرات نقره و نشاسته - نانوذرات اکسید مس می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of physical, mechanical and antibacterial properties of nanobiocomposite films based on starch containing metallic nanoparticles such as silver, zinc oxide and cooper oxide

نویسندگان [English]

  • Niloufar Pournasir 1
  • Seyed Jamaleddin Peighambardoust 2
  • Seyed Hadi Peighambardoust 3
1 MSc Graduated, Faculty of Chemical and Petroleum Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Assistant Professor of Polymer Engineering Department, Faculty of Chemical and Petroleum Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Professor of Food Science Department, College of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In this research the starch-based nanobiocomposite films using zinc oxide, copper oxide and silver nanoparticles prepared by solution casting method and then UV-Vis spectra, scanning electron microscopy, physical and mechanical properties of these films were analyzed. Water vapor permeability (WVP) test and the water solubility of the nanobiocomposite films made from different percentage presents of nanomaterials showed the nanobiocomposite films with 3 percent by weight nano zinc oxide has the greatest reduction in vapor permeability and the highest water solubility due to well dispersion of these nanoparticles compare to copper oxide and silver nanoparticles in polymer matrix. UV-Vis data showed the films with zinc oxide nanoparticles absorbed the greatest amount of UV wavelength compare to other two nanoparticles. With respect to the antimicrobial analyzes on the samples, it observed the nanobiocomposite films consist of silver nanoparticles and the copper nanoparticles showed the highest sensitivity for Escherichia coli and Staphylococcus aureus bacteria, respectively. The antimicrobial property of the films with 2 percent by weight silver nanoparticles were 94 percent for Escherichia coli bacteria and 83 percent for Staphylococcus aureus.  Also, the result from mechanical strength analysis showed the starch-zinc oxide nanobiocomposite films have better tensile strength compare to the starch-silver and copper oxide nanoparticles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Starch
  • Food Packaging
  • Metallic Nanoparticles
  • Nanobiocomposite
  • Antibacterial Properties

[1] Ahvenainen, R., (2003). Novel Food Pack Tech, 1st ed. Woodhead Publishing, Elsevier, pp 120.

[2] Sung, S.Y., et al., (2013). Antimicrobial agents for food packaging applications. Trends Food Sci Tech, 33(2), 110-123.

[3] Rhim, J. W. and Ng, P.K., (2007). Natural biopolymer-based nanocomposite films for packaging applications. Crit Rev Food Sci, 47(4), 411-433.

[4] Kalambur, S. and Rizvi, S.S., (2006). An overview of starch-based plastic blends from reactive extrusion. J Plast Film Sheet, 22(1), 39-58.

[5] Davis, G. and Song, J., (2006). Biodegradable packaging based on raw materials from crops and their impact on waste management. Ind Crop Prod, 23(2), 147-161.

[6] Espitia, P. J. P., et al., (2013). Physical–mechanical and antimicrobial properties of nanocomposite films with pediocin and ZnO nanoparticles. Carbohyd Polym, 94(1), 199-208.

[7] Couvreur, P. and Puisieux, F., (1993). Nano-and microparticles for the delivery of polypeptides and proteins. Adv Drug Deliver Rev, 10(2), 141-162.

[8] Pandey, J. K., et al., (2005). An overview on the degradability of polymer nanocomposites. Polym Degrad Stabil, 88(2), 234-250.

[9] Raveendran, P., Fu, J., and Wallen, S. L., (2003). Completely “green” synthesis and stabilization of metal nanoparticles. J Am Chem S, 125(46), 13940-13941.

[10] Kang, S. Z., et al., (2010). A facile gelatin-assisted preparation and photocatalytic activity of zinc oxide nanosheets. Colloid Surface A, 369(1), 268-271.

[11] Wu, D., et al., (2004). Nanocomposites of poly (vinyl chloride) and nanometric calcium carbonate particles: Effects of chlorinated polyethylene on mechanical properties, morphology, and rheology. J Appl Polym Sci, 92(4), 2714-2723.

[12] Su, P. G. and Huang, L. N., (2007). Humidity sensors based on TiO2 nanoparticles/polypyrrole composite thin films. Sesor Actuator B-Chem, 123(1), 501-507.

[13] Lei, H., Xu, T. and Gao, C. (2010). Characterization of the dispersion of tetrapod-like nano-ZnO whiskers in acrylic resin and properties of the nanocomposite coating system. J Coating Technol Res, 7(1), 91-97.

[14] An, J., et al., (2011). Preparation and characterization of silver‐chitosan nanocomposite particles with antimicrobial activity. J Appl Polym Sci, 120(6), 3180-3189.

[15] Hong S., Rhim J. W., (2012). Preparation and properties of melt-intercalated linear low density polyethylene/clay nanocomposite films prepared by blow extrusion. LWT - Food Sci Technol, 48, 43-51.

[16] Gholami, R., Ghanbarzadeh, B., Dehghannia, J., (2013), Potato Starch/Montmorillonite-Based Nanocomposites: Water Sensitivity, Mechanical and Thermal Properties and XRD Profile Study, Iran J Polym Sci Technol, 26(2), 91-100.

[17] Ma, X., Chang, P. R., Yang, J., and Yu, J., (2009). Preparation and properties of glycerol plasticized-pea starch/zinc oxide-starch bionanocomposites. Carbohyd Polym, 75, 472-478.

[18] Bajpai, S., Chand, N., and Chaurasia, V., (2010). Investigation of water vapor permeability and antimicrobial property of zinc oxide nanoparticles‐loaded chitosan‐based edible film. J Appl Polym Sci, 115, 674-683.