| تعداد نشریات | 284 |
| تعداد نشریات سازمان | 82 |
| تعداد شماره‌ها | 3,037 |
| تعداد مقالات | 33,984 |
| تعداد مشاهده مقاله | 45,767,478 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 77,189,808 |
خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و ضدمیکروبی فیلم نانومرکب فعال حاوی عصاره سیر (Allium sativum L.) | ||
| تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران | ||
| مقاله 4، دوره 41، شماره 2 - شماره پیاپی 124، تیر 1404، صفحه 220-233 اصل مقاله (737.46 K) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijmapr.2025.365297.3432 | ||
| نویسندگان | ||
| فاطمه نورکامی1؛ داریوش خادمی شورمستی* 2 | ||
| 1گروه کشاورزی، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران | ||
| 2دکتری تغذیه طیور، گروه کشاورزی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد سوادکوه، سوادکوه، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: سیر (Allium sativum L.) با دارا بودن ترکیبات آلی گوگردی مانند تیوسولفات‌ها به‌ویژه آلیسین فعالیت ضدمیکروبی دارد. با توجه به مخاطرات زیست‌محیطی و نیز نگرانی خطر بالقوه افزودنی‌های سنتزی، ساخت و بکارگیری بسته‌بندی‌های زیست تخریب‌پذیر فعال حاوی اسانس و عصاره‌های گیاهی به صورت فیلم و پوشش چندسازه‌ای در صنعت غذا مورد توجه قرار گرفته است. هدف از اجرای این تحقیق، ساخت و ارزیابی خصوصیات مکانیکی، فیزیکی و ضدمیکروبی فیلم کامپوزیت فعال بر پایه پلی وینیل الکل/ کیتوزان/ نانورس همراه با غلظت‌های 2 و 4 درصد عصاره سیر برای کاربردهای آینده‌نگر آن در بسته‌بندی مواد غذایی بود. مواد و روش‌ها: ابتدا محلول‌های پلی وینیل الکل (5 درصد)، کیتوزان (2 درصد) و نانورس (4 درصد) و عصاره آبی سیر آماده شدند. سپس فیلم‌ها با استفاده از روش ریخته‌گری براساس تیمارهای آزمایشی شامل فیلم پلی وینیل الکل، فیلم پلی وینیل الکل/کیتوزان، فیلم پلی وینیل الکل/کیتوزان/ نانو رس و فیلم‌های پلی وینیل الکل/ کیتوزان/ نانو رس (مونت‌موریلونیت) حاوی غلظت‌های 2 و 4 درصد عصاره سیر (در مجموع 5 تیمار) ساخته شدند. خصوصیات مکانیکی فیلم‌ها شامل استحکام کششی (TS)، ازدیاد طول در نقطه شکست (EB) و مدول یانگ (YM) با استفاده از دستگاه بافت‌سنج، خصوصیات فیزیکی شامل ضخامت با استفاده از ریزسنج، حلالیت (WS)، جذب رطوبت (WAC)، نفوذپذیری در برابر بخار آب (WVP) با روش‌های استاندارد ASTM، کدورت با استفاده از اسپکتروفتومتر و خصوصیات ضدمیکروبی فیلم علیه باکتری‌های استافیلوکوکوس اورئوس (Staphylococcus aureus) و اشرشیا کلی (Escherichia coli) با روش انتشار از دیسک بر روی محیط کشت مولرهینتون آگار ارزیابی شد. اختلاف قطر هاله‌های تشکیل شده پیرامون دیسک‌ها به عنوان شاخص فعالیت ضدمیکروبی فیلم‌ها در نظر گرفته شد. در قالب طرح کاملاً تصادفی با 5 تیمار و 3 تکرار، داده‌ها با استفاده از نرم‌افزار آماری SPSS به روش تجزیه واریانس یک‌طرفه تجزیه‌وتحلیل و میانگین‌ها در سطح معنی‌داری 5 درصد با استفاده از آزمون دانکن مقایسه شدند. نتایج: خصوصیات مکانیکی، فیزیکی و ضدمیکروبی فیلم‌های ساخته شده تحت تأثیر اجزای سازه‌ای فیلم‌ها و غلظت عصاره سیر قرار گرفت. استحکام کششی و مدول یانگ (به ترتیب حدود 30 مگاپاسکال و 0.14 مگاپاسکال) در فیلم‌های کامپوزیت سه سازه‌ای فعال حاوی عصاره سیر بیشتر بود، در حالی که این فیلم‌ها کمترین درصد ازدیاد طول در نقطه شکست را داشتند. افزوده شدن کیتوزان و نانو مونت‌موریلونیت به پلی وینیل الکل و ساخت فیلم‌های کامپوزیت موجب افزایش ضخامت فیلم‌ها شد، به‌طوری‌که فیلم‌های کامپوزیت سه سازه‌ای ضخیم‌تر (0.17 میلی‌متر) و در عین حال کدرتر بودند. کمترین درصد جذب آب و حلالیت و نیز نفوذپذیری در برابر بخار آب در فیلم‌های کامپوزیت سه سازه‌ای فعال دیده شد. بر خلاف اغلب خصوصیات مکانیکی و فیزیکی فیلم‌ها، اثر ضدمیکروبی فیلم‌های کامپوزیت فعال تحت تأثیر معنی‌دار و مستقیم غلظت عصاره سیر مورد استفاده بود. به‌طورکلی اثر ضدمیکروبی عصاره سیر در برابر باکتری گرم مثبت (استافیلوکوکوس اورئوس) بیش از باکتری گرم منفی (اشریشیا کلی) بود، در عین حال در مورد هر دو باکتری، عصاره سیر در غلظت 4 درصد اثربخشی ضدمیکروبی بالاتری داشت. در غلظت‌های 2 و 4 درصد عصاره سیر قطر هاله عدم رشد باکتری استافیلوکوکوس اورئوس به ترتیب 21.6 و 26.55 میلی‌متر و باکتری اشریشیا کلی به ترتیب 16.5 و 19.1 میلی‌متر بود. نتیجه‌گیری: فیلم سه سازه‌ای (پلی وینیل الکل/کیتوزان/مونت‌موریلونیت) فعال حاوی 4 درصد عصاره سیر با دارا بودن WVP کمتر، TS، TM و ضخامت بیشتر می‌تواند ضمن جلوگیری از تبادل رطوبت مواد غذایی و حفظ یکپارچگی محصول بسته‌بندی شده، فرایند فساد محصولات را به تأخیر انداخته و ماندگاری محصولات را افزایش دهد. بنابراین، غنی‌سازی فیلم زیست تخریب‌پذیر سه سازه‌ای پلی وینیل الکل/ کیتوزان/ نانو رس با عصاره سیر می‌تواند آن را به یک گزینه بالقوه قابل توصیه برای بسته‌بندی‌های جدید برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت‌تر مواد غذایی تبدیل کند. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| پلی‌وینیل الکل؛ سیر؛ فیلم کامپوزیت؛ کیتوزان؛ نانو رس | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Physical, mechanical, and antimicrobial properties of an active nano-composite film containing garlic (Allium sativum L.) extract | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Fatemeh Nourkami1؛ Dariush Khademi Shurmasti2 | ||
| 1Department of Agriculture, Savadkooh branch, Islamic Azad University, Savadkooh, Iran | ||
| 2Department of Agriculture, Islamic Azad University, Savadkooh branch, Savadkooh, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and objectives: Garlic (Allium sativum L.) exhibits strong antimicrobial activity, primarily due to its organic sulfur compounds such as thiosulfates, especially allicin. Given the environmental concerns and potential health risks associated with synthetic additives, there is growing interest in developing active, biodegradable packaging materials incorporating herbal essential oils and plant extracts. This study aimed to fabricate and assess the mechanical, physical, and antimicrobial properties of an active composite film made from polyvinyl alcohol, chitosan, and nanoclay, incorporating 2% and 4% garlic extract, for potential application in food packaging. Methodology: First, separate solutions were prepared by dissolving polyvinyl alcohol (5%), chitosan (2%), and nanoclay (4%) in appropriate solvents, along with an aqueous extract of garlic. Film fabrication was carried out using the casting method, based on five experimental treatments: (1) polyvinyl alcohol (PVA) alone, (2) PVA/chitosan, (3) PVA/chitosan/nanoclay, and (4–5) PVA/chitosan/nanoclay films containing 2% and 4% garlic extract (montmorillonite-based). The mechanical properties of the films, including tensile strength (TS), elongation at break (EB), and Young’s modulus (YM), were measured using a texture analyzer. Physical properties such as film thickness were assessed with a digital micrometer, while solubility (WS), water absorption capacity (WAC), and water vapor permeability (WVP) were evaluated using ASTM standard methods. Opacity was measured via spectrophotometry. Antimicrobial activity against Staphylococcus aureus and Escherichia coli was assessed using the disc diffusion method on Mueller-Hinton agar. The diameter of the inhibition zones was recorded as an indicator of antimicrobial efficacy. Data were analyzed in a completely randomized design (CRD) with five treatments and three replications using one-way ANOVA in SPSS software, and treatment means were compared using Duncan’s test at a significance level of p < 0.05. Results: The structural components of the films and the garlic extract concentration significantly influenced the mechanical, physical, and antimicrobial properties. The active triple composite films containing garlic extract exhibited higher tensile strength and Young’s modulus (approximately 30 MPa and 0.14 MPa, respectively) while demonstrating the lowest elongation at break. The incorporation of chitosan and nanoclay into the polyvinyl alcohol matrix increased film thickness, with triple composite films showing greater thickness (0.17 mm) and opacity. These films also exhibited the lowest values of water absorption, solubility, and water vapor permeability. Unlike most mechanical and physical properties, the antimicrobial effectiveness of the films was directly dependent on garlic extract concentration. In general, the garlic extract showed stronger antibacterial effects against gram-positive S. aureus than gram-negative E. coli. In films containing 2% and 4% garlic extract, the inhibition zones for S. aureus measured 21.6 mm and 26.55 mm, respectively, and for E. coli, 16.5 mm and 19.1 mm, respectively. Conclusion: The active triple composite film (polyvinyl alcohol/chitosan/montmorillonite) containing 4% garlic extract demonstrated the lowest WVP and higher values for TS, YM, and thickness. These characteristics enable the film to minimize moisture transfer, preserve the structural integrity of packaged food, and delay spoilage, thereby extending shelf life. Hence, enriching biodegradable triple composite films with garlic extract presents a promising approach for developing innovative food packaging materials with extended storage capabilities. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| polyvinyl alcohol (PVA), garlic (Allium sativum L.), composite film, chitosan, nanoclay | ||
| مراجع | ||
|
- Abiy, E. and Berhe, A., 2016. Anti-bacterial effect of garlic (Allium sativum) against clinical isolates of Staphylococcus aureus and Escherichia coli from patients attending Hawassa Referral Hospital, Ethiopia. Journal of Infectious Diseases and Treatment, 2(2): 18. https://doi.org/10.21767/2472-1093.100023 - Amankwaah, C., Li, J., Lee, J. and Pascall, M.A., 2020. Development of antiviral and bacteriostatic chitosan-based food packaging material with grape seed extract for murine norovirus, Escherichia coli and Listeria innocua control. Food Science and Nutrition, 8: 6174-6181. https://doi.org/10.1002/fsn3.1910 - Ansarifar, E. and Moradinezhad, F., 2022. Encapsulation of thyme essential oil using electrospun zein fiber for strawberry preservation. Chemical and Biological Technologies in Agriculture, 9: 1-11. https://doi.org/10.1186/s40538-021-00267-y - Choi, H.J., Choi, S.W., Lee, N. and Chang, H.J., 2022. Antimicrobial activity of chitosan/ gelatin/ Poly (vinyl alcohol) ternary blend film incorporated with Duchesnea indica extract in strawberry applications. Foods, 11: 3963. https://doi.org/10.3390/foods11243963 - Dutta, P.K., Tripathi, S., Mehrotra, G.K. and Dutta, J., 2009. Perspectives for chitosan-based antimicrobial films in food applications. Food Chemistry, 114: 1173-1182. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.11.047 - Ehsan, M. and Khademi Shurmasti, D., 2021. Effect of washing and active nanocomposite coating of carboxymethyl cellulose-nanoclay containing marjoram extract (Origanum vulgare L.) on egg quality during storage at ambient temperature. Iranian Journal of Food Science and Technology, 118(18): 107-118. https://doi.org/10.52547/fsct.18.118.107 - Farbman, K.S., Barrett, E.D., Rolduc, G.R. and Klein, J.O., 1993. Antibacterial activity of garlic and onions: A historical perspective. Pediatric Infectious Disease Journal, 12(7): 613-614. https://doi.org/10.1097/00006454-199307000-00013. - Fu, B., Mei, S., Su, X., Chen, H., Zhu, J., Zheng, Z., Lin, H., Dai, C., Luque, R. and Yang, D.P., 2021. Integrating waste fish scale-derived gelatin and chitosan into edible nanocomposite film for perishable fruits. International Journal of Biological Macromolecules, 191: 1164-1174. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.09.171 - Haghighi, H., De Leo, R., Bedin, E., Pfeifer, F., Siesler, H.W. and Pulvirenti, A., 2019. Comparative analysis of blend and bilayer films based on chitosan and gelatin enriched with LAE (lauroyl arginate ethyl) with antimicrobial activity for food packaging applications. Food Packaging and Shelf Life, 19: 31-39. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2018.11.015 - Haghighi, H., Kameni Leugoue, S., Pfeifer, F., Wilhelm Siesler, H., Licciardello, F., Fava, P. and Pulvirenti, A., 2020. Development of antimicrobial films based on chitosan-polyvinyl alcohol blend enriched with ethyl lauroyl arginate (LAE) for food packaging applications. Food Hydrocolloids, 100: 105419. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.105419 - Hassanzadeh, H., Alizadeh, M. and Rezazad, B.M., 2019. Nano-encapsulation of garlic extract by water-in-oil emulsion physicochemical and antimicrobial characteristics. Journal of Food Science and Technology, 84(15): 337-347. https://doi.org/fsct.modares.ac.ir/article- 7-16487-fa.html - Ilic, D., Nikolic, V., Nikolic, L., Stankovic, M., Stanojevic, L. and Cakic, M., 2011. Allicin and related compounds: biosynthesis, synthesis and pharmacological activity. Facta Universitatis - Series: Physics, Chemistry and Technology, 9(1): 9-20. https://doi.org/10.2298/FUPCT1101009I - Jridi, M., Boughriba, S., Abdelhedi, O., Nciri, H., Nasri, R., Kchaou, H., Kaya, M., Sebai, H., Zouari, N. and Nasri, M., 2019. Investigation of physicochemical and antioxidant properties of gelatin edible film mixed with blood orange (Citrus sinensis) peel extract. Food Packaging and Shelf Life, 21: 100342. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2019.100342 - Kaur, N., Somasundram, C., Razali, Z., Mourad, A.H.I., Hamed, F. and Ahmed, Z.F.R., 2024. Aloe vera/chitosan-based edible film with enhanced antioxidant, antimicrobial, thermal, and barrier properties for sustainable food preservation. Polymers, 16; 242. https://doi.org/10.3390/polym16020242 - Khademi Shurmasti, D., Rezaei Kermani, P., Sarvarian, M. and Godswill Awuchi, CH., 2023. Egg shelf life can be extended using varied proportions of polyvinyl alcohol/chitosan composite coatings. Food Science & Nutrition, 11: 5041-5049. https://doi.org/10.1002/fsn3.3394 - Koosha, M. and Hamedi, S., 2019. Intelligent chitosan/PVA nanocomposite films containing black carrot anthocyanin and bentonite nanoclays with improved mechanical, thermal and antibacterial properties. Progress in Organic Coatings, 127: 338-347. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2018.11.028 - Kumar, L., Ramakanth, D., Akhila, K. and Gaikwad, K.K., 2022. Edible films and coatings for food packaging applications: A review. Environmental Chemistry Letters, 20: 875-900. https://doi.org/10.1007/s10311-021-01339-z - Liu, Y., Wang, S. and Lan, W., 2018. Fabrication of antibacterial chitosan-PVA blended film using electrospray technique for food packaging applications. International Journal of Biological Macromolecules, 107: 848-854. - Liu, Y., Wang, S., Lan, W. and Qin, W., 2017. Fabrication and testing of PVA/chitosan bilayer films for strawberry packaging. Coatings, 7: 109. https://doi.org/10.3390/coatings7080109 - Mardani Kiasari, M. and Khademi Shurmasti, D., 2020. Effect of lemon grass (Cymbopogon citratus) extract and nanoclay in nanocomposite coating on the physicochemical and microbial properties of chicken fillets during refrigerated storage. Journal of Food Science and Technology, 106(17): 13-21. https://doi.org/10.52547/fsct.17.106.13 - Martiny, T.R., Raghavan, V., Moraes, C.C.D., Rosa, G.S.D. and Dotto, G.L., 2020. Bio-based active packaging: carrageenan film with olive leaf extract for lamb meat preservation. Foods, 9: 1759. https://doi.org/10.3390/foods9121759 - Meilanie Putri, U., Rochmanti, m., Retno Wahyunitisari, M. and Setiabudi, R.J., 2021. The antibacterial effect of ethanol extract of garlic (Allium sativum L.) on methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) In Vitro. Indian Journal of Forensic Medicine & Toxicology, 15(2): 3504-3509. https://doi.org/10.37506/ijfmt.v15i2.14918 - Molaee Aghaee, E., Kamkar, A., Akhondzadeh Basti, A., Khanjari, A. and Kontominas, M.G., 2016. Antimicrobial effect of garlic essential oil (Allium sativum L.) in combination with chitosan biodegradable coating films. Journal of Medicinal Plant, 15(2): 141-150. https://doi.org/ jmp.ir/article-1-1323-en.html - Olarte-Paredes, A., Salgado-Delgado, J.N., Rubio-Rosas, E., Salgado-Delgado, A.M., Hernández-Cocoletzi, H., Salgado-Delgado, R., Moreno-Carpintero, E. and Castaño, V.M., 2021. Physico-chemical properties of a hybrid biomaterial (PVA/Chitosan) reinforced with conductive fillers. Applied Science, 1: 3040. https://doi.org/10.3390/app11073040. - Pandey, V.K., Islam, R.U., Shams, R., and Dar, A.H., 2022. A comprehensive review on the application of essential oils as bioactive compounds in Nano-emulsion based edible coatings of fruits and vegetables. Applied Food Research, 2: 100042. https://doi.org/10.1016/j.afres.2022.100042 - Pathare, P. B., Opara, U.L. and Al-Said, F.A.J., 2013. Color measurement and analysis in fresh and processed foods: a review. Food and Bioprocess Technology, 6: 36-60. https://doi.org/10.1007/s11947-012-0867-9. - Rhim, J.W., Park, H.M. and Ha, C.S., 2013. Bio‐nanocomposites for food packaging applications. Progress in Polymer Science, 38: 1629-1652. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2013.05.008. - Rohr, J.R., Barrett, C.B., Civitello, D.J., Craft, M.E., Delius, B., DeLeo, G.A., Hudson, P.J., Jouanard, N., Nguyen, K.H. and Ostfeld, R.S., Remais, J.V., Riveau, G., Sokolow, S.H. and Tilman, D., 2019. Emerging human infectious diseases and the links to global food production. Nature Sustainability, 2(6): 445-456. https://doi.org/10.1038/s41893-019-293-3. - Terzioglu, P., Güney, F., Parın, F.N., Sen, I. and Tuna, S., 2021. Biowaste orange peel incorporated chitosan/polyvinyl alcohol composite films for food packaging applications. Food Packaging and Shelf Life, 30: 100742. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2021.100742 - Wang, X., Yong, H., Gao, L., Li, L., Jin, M. and Liu, J., 2019. Preparation and characterization of antioxidant and pH-sensitive films based on chitosan and black soybean seed coat extract. Food Hydrocolloids, 89: 56-66. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2018.10.019 - Yun, D., Cai, H., Liu, Y., Xiao, L., Song, J. and Liu, J., 2019. Development of active and intelligent films based on cassava starch and Chinese bayberry (Myrica rubra) anthocyanins. RSC Advances, 9: 30905-30916. https://doi.org/10.1039/C9RA06628D - Zahed Karkaj, S. and Peighambardoust, S.J., 2018. Physical, mechanical and antibacterial properties of nanobiocomposite films based on carboxymethyl cellulose/nanoclay. Iranian Journal of Polymer Science and Technology, 30(6): 557-572. https://doi.org/10.22063/JIPST.2018.1536 - Zhang, X., Ismail, B.B., Cheng, H., Jin, T.Z., Qian, M., Arabi, S.A., Liu, D. and Guo, M., 2021. Emerging chitosan-essential oil films and coatings for food preservation- A review of advances and applications. Carbohydrate Polymers, 273: 118616. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118616 | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 264 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 62 |
||