توسعه و شناسایی نانوبیوکامپوزیت هوشمند PVA/NC/PCL با استفاده از فاژ E.coli: بررسی ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی و فعالیت ضد میکروبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی - دانشکده کشاورزی - دانشگاه تبریز

2 مرکز تحقیقات تغذیه - دانشکده تغذیه و علوم غغذایی - دانشگاه علوم پزشکی تبریز

3 مرکز تحقیقات علوم پایه - دانشگاه تبریز

چکیده

پیشرفت‌های اخیر در صنعت بسته‌بندی، توسعه راه‌حل‌های نوآورانه‌ای مانند بسته بندی فعال و هوشمند را ممکن ساخته است. در میان این نوآوری‌ها، الکتروریسی به‌عنوان یک تکنیک امیدوارکننده برای ساخت مواد بسته‌بندی نانوالیافی با نسبت سطح به حجم بالا ظاهر شده است که بارگذاری بیشتر عوامل فعال را تسهیل می‌کند.

با توجه به نگرانی فزاینده در مورد باکتری های مقاوم به آنتی بیوتیک، استفاده از آنتی بیوتیک ها در صنایع غذایی به طور فزاینده ای اجتناب می شود. به عنوان یک جایگزین، باکتریوفاژها به دلیل ویژگی و اثربخشی خود در برابر عفونت های باکتریایی مقاوم به آنتی بیوتیک، پتانسیل بالایی از خود نشان داده اند. این مطالعه با هدف جداسازی باکتریوفاژهای لیتیک قوی با هدف قرار دادن سویه های اشریشیا کلی از آب دریای خزر و تثبیت آنها بر روی نانوالیاف الکتروریسی شده متشکل از پلی وینیل الکل (PVA)، پلی کاپرولاکتون (PCL) و نانوسلولز باکتریایی (BNC) انجام شد.

تثبیت موفقیت آمیز فاژها بر روی نانوالیاف از طریق میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تایید شد، در حالی که میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) فاژها را به عنوان متعلق به خانواده Siphoviridae و Podoviridae مشخص کرد. ترکیب نانو سلولز باکتریایی در ساختار نانوالیاف به طور قابل توجهی استحکام مکانیکی را افزایش داد و خواص ماتریکس الیاف را بهبود بخشید. اثر ضد میکروبی، ارزیابی شده از طریق روش دیسک دیفیوژن، هاله مهاری 13 میلی متری را نشان داد که از آنتی بیوتیک آمپی سیلین پیشی گرفت.

نانوالیاف فعالیت ضد میکروبی پایداری را در طول یک ماه نشان دادند، با زنده ماندن فاژ در دمای 24 درجه سانتی گراد، 4 درجه سانتی گراد و 20- درجه سانتی گراد حفظ شد. این نتایج بر پتانسیل نانوالیاف الکتروریسی شده با باکتریوفاژها به عنوان عوامل ضد میکروبی موثر برای مبارزه با آلودگی باکتریایی، و ارائه یک رویکرد امیدوارکننده برای بهبود ایمنی مواد غذایی و افزایش عمر مفید، تاکید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Development and Characterization of a Functional Smart PVA/NC/PCL Nano-biocomposite Using E. Coli Phage: Insights into Physicochemical Properties and Antimicrobial Activity

نویسندگان [English]

  • Malahat Safavi 1
  • Reza Rezaei Mokarram 1
  • Mahmood Sowti Khiabani 1
  • Alireza Ostad Rahimi 2
  • Abolfazl Barzegar 3
1 Department of Food Industry Science and Technolog, Faculty of Agriculture, University of Tabriz , Iran
2 Nutrition Research Center, Department of Clinical Nutrition, School of Nutrition& Food Sciences, Tabriz University of Medical Sciences, Tabriz, Iran
3 Research Institute for Fundamental Sciences (RIFS), University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Food packaging plays a critical role in preserving the freshness and quality of foods while preventing microbial spoilage. Advances in this field have led to the development of intelligent and active packaging systems incorporating nanotechnology. Among these, electrospinning has gained attention for producing nanofibrous materials with high surface-to-volume ratios, enabling the efficient loading of active agents.

In response to the growing concern over antibiotic-resistant bacteria, this study investigates the use of bacteriophages as an alternative antimicrobial agent. Lytic bacteriophages targeting Escherichia coli were isolated from Caspian seawater and immobilized onto electrospun nanofibers composed of polyvinyl alcohol (PVA), polycaprolactone (PCL), and bacterial nanocellulose (BNC). SEM confirmed successful phage immobilization, while TEM revealed their classification within the Siphoviridae and Podoviridae families.

The addition of PCL to PVA enhanced the fibers' mechanical strength, reduced defects, and improved water resistance. Incorporating BNC further strengthened the nanofiber structure and enhanced its matrix properties. Antimicrobial testing using the disc diffusion method revealed an inhibition halo of 13 mm, exceeding that of the antibiotic ampicillin. Notably, the functionalized nanofibers retained antimicrobial efficacy for up to one month, with stable phage viability at 24°C, 4°C, and -20°C.

These findings demonstrate the potential of electrospun nanofibers functionalized with bacteriophages as a sustainable solution for combating bacterial contamination in food packaging, contributing to enhanced food safety and extended shelf life.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bacteriophages
  • Polycaprolactone
  • Poly Vinyl Alcohol
  • Nanofiber
  • Bacterial Nanocellulose