تهیه و بررسی خواص فیزیکی، مکانیکی و ضدمیکروبی فیلم‌های نانوکامپوزیت پلی‌اتیلن سبک حاوی نانوذرات نقره، اکسید روی و اکسید مس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز

2 کارشناس ارشد گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز

3 استادیار گروه علوم و تکنولوژی پلیمر، دانشکدۀ مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز

چکیده

 هدف از این مطالعه تولید فیلم‌های نانوکامپوزیتی بر پایۀ پلی‌اتیلن سبک حاوی نانوذرات فلزی شامل نقره (Ag)، اکسید روی (ZnO)، و اکسید مس (CuO) و بررسی خواص مکانیکی و ضدمیکروبی آنها به‌عنوان فیلم‌های فعال در بسته‌بندی مواد غذایی برای کاهش شدت فرایندهای لازم در صنایع غذایی و میزان نگهدارنده‌های شیمیایی در غذا بود. در این پژوهش نانوذرات فلزی با یک‌درصد وزنی به فیلم‌های پلی‌اتیلنی که به روش اکستروژن مذاب تهیه شدند، اضافه شد. برای بررسی مورفولوژی سطح شکست نانوکامپوزیت از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. خواص مکانیکی فیلم با اندازه‌گیری استحکام کششی و ازدیاد طول تا نقطۀ شکست بررسی شد. میکروسکوپ الکترونی روبشی پخش همگن نانوذرات را در بافت پلیمری نشان داد. بررسی خواص مکانیکی فیلم‏ها نشان داد که فیلم‌های حاویAg  بالاترین استحکام کششی و فیلم‌های حاوی CuO بیشترین ازدیاد طول تا نقطۀ شکست را داشتند. فیلم‌های دارای نانوذرات ZnO بیشترین میزان اشعۀ فرابنفش را جذب کردند. در بررسی خواص ضدمیکروبی فیلم‏ها که به روش شمارش کلنی انجام شد، کاهش 9/99 و 90درصدی به ترتیب در تعداد باکتری‌های اشریشیاکلی و استافیلوکوکوس‌اورئوس برای همۀ فیلم‏ها مشاهده شد. نانوذرات ZnO در مقابل استافیلوکوکوس‌اورئوس و نانوذرات CuO و Ag در برابر اشریشیاکلی مؤثرتر بودند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Production and investigating the physical, mechanical and anti-microbial characteristics of LDPE nano-composite packaging films incorporating Ag, ZnO and Cuo nanoparticles

نویسندگان [English]

  • S.H. Peighambardoust 1
  • Samira Dehghani 2
  • Seyed Jamaleddin Peighambardoust 3
1 Associate Prof., Department of Food Science, College of Agriculture, University of Tabriz
2 Department of Food Science, College of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, IRAN
3 Department of Chemical & Petroleum Engineering, University of Tabriz, Tabriz, IRAN
چکیده [English]

The main objective of this study was to produce LDPE active films containing metallic nanoparticles (Ag, ZnO and CuO) and to investigate their physical, mechanical and anti-microbial characteristics. Three types of metallic nanoparticles at concentrations of 1% (w/w) were added to low density polyethylene (LDPE) and the films were prepared using melt extrusion technique. SEM results indicated rather uniform distribution of nanoparticles in polymeric matrix. Ag containing film showed highest tensile strength and Cu containing film showed the highest elongation to break values. Films containing ZnO nanoparticles had the highest UV absorption. A 99.9% reduction in Escherichia coli and a 90% reduction in Staphylococcus aureus were observed for films containing all nanoparticles which were evaluated by colony counting. However, ZnO nanoparticles were more effective in retarding the growth of S. areus and Ag and Cuo were more effective for E. coli.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Active packaging
  • Antimicrobial
  • Ag
  • CuO
  • ZnO nanoparticles
Ahvenainen, R. (2003) Novel food packaging techniques. Woodhead Pub. Inc., England.
 
Brody, A.L., Strupinsky, E.R. & Kline, L.R. (2001) Active packaging for food applications. Florida: CRC Press LLC, Boca Raton
 
Bajpai, S.K., Chand, N. & Chaurasia, V. (2009) Investigation of water vapor permeability and antimicrobial property of Zinc oxide nanoparticles loaded chitosan-based edible film. Applied polymer science, 115(2), 674-683.
 
Bruna, J.E., Peñaloza, A., Guarda, A., Rodríguez, F. & Galotto, M.J. (2012) Development of MtCu2+/LDPE nanocomposites with antimicrobial activity forpotential use in food packaging. Applied Clay Science, 58, 79-87.
 
Chae, D.W. & Kim, B.C. (2005) Characterization on polystyrene/zinc oxide nanocomposites prepared from solution mixing. Poymer for Advanced  Technologies, 16(11-12), 846–850.
 
Emamifar, A., Kadivar, M., Shahedi, M. & Soleimanian-Zad, S. (2011) Effect of nanocomposite packaging containing Ag and ZnO on inactivation of Lactobacillus plantarum in orange juice. Food Control, 22(3-4), 408-413.
 
Emamifar, A., Kadivar, M., Shahedi, M. & Soleimanian-Zad, S. (2010) Evaluation of nanocomposite packaging containing Ag and ZnO on shelf life of freshorange juice. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 11(4), 742–748.
 
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 Science and Technology, 48(1), 43-51.
 
Jokar, M., Abdul Rahman, R., Ibrahim, N.A., Abdullah, L.C. & Ping Tan C. (2010) Melt production and antimicrobial efficiency of low-density polyethylene (LDPE)-silver nanocomposite film. Food Bioprocess Technolgy, 5(2), 719–728.
 
Li, L.H., Deng, J.C., Deng, H.R., Liu, Z.L. & Li, X.L. (2010) Preparation, characterization and antimicrobial activities of chitosan/Ag/ZnO blend films. Chemical Engineering 160(1), 378–382.
 
Li, S.C. & Li, Y.N. (2010) Mechanical and antimicrobial proprties of modified nano-ZnO/high density polyethylene composite films with low doped content of nano-ZnO. Applied Polymer Science, 116(5), 2965-2969.
 
Li, X., Xing, Y., Jiang, Y., Ding, Y. & Li, W. (2009) Antimicrobial activities of ZnO powder-coated PVC film toinactivate food pathogens. Food Science and Technology, 44(11), 2161–2168.
 
Li, X., Li, W., Jiang, Y., Ding, Y., Yun, J., Tang, Y. & Zhang, P. (2011) Effect of nano-ZnO-coated active packaging on quality of fresh-cut‘Fuji’ apple. Food Science and Technology, 46(9), 1947–1955.
 
Liorens, A., Lloret, E., Picouet, P.A., Trbojevich, R. & Fernandez, A. (2012) Metallic-based microand nanocompositesin food contactmaterials and activefood packaging. Trends in Food Science & Technology, 24(1), 19-29.
 
Liu, Y.,  He, L., Mustapha, A., Li, H., Hu, Z.Q. & Lin, M. (2009) Antibacterial activities of zinc oxide nanoparticles against Escherichia coli O157:H7. Applied Microbiology, 107(4), 1193–1201.
 
Rhim, J.W., Wang, L.F. & Hong, S.I. (2013) Preparation and characterization of agar/silver nanoparticles composite films with antimicrobial activity. Food Hydrocolloids, 33(16)327-335
 
Rooney, M.L. (1995) Active food packaging. Australia: Blackie Academic & Professional
 
 
Seo, J., Jeon, G., Sung Jang, E., Khan, S.B. & Han, H. (2011) Preparation and properties of poly(propylene carbonate) and nanosized ZnO composite films for packaging applications. Applied Polymer Science, 122(2), 1101-1108.
 
Shankar, S., Teng, X., Li, G. & Rhim, J.W. (2014) Preparation, characterization, and antimicrobial activity of gelatin/ZnO nanocomposite Films. Food Hydrocolloids, DOI: 10.1016/j.foodhyd.2014.12.001
 
Tewari, G. & Juneja, V.K.(2007) Advances in Thermal and Non-Thermal Food Preservation: Blackwell Publishing
 
Wang, Y., Zhang, Q., Zhang, C. & Li, P. (2012) Characterisation and cooperative antimicrobial properties of chitosan/nano-ZnOcomposite nanofibrous membranes. Food Chemistry, 132(1), 419-427.
 
Zapata, P.A., Tamayo, L., Páez, M., Cerda, E., Azócar, I. & Rabagliatil, F.B. (2011) Nanocomposites based on polyethylene and nanosilver particlesproduced by metallocenic ‘‘in situ’’ polymerization: synthesis,characterization, and antimicrobial behavior. European Polymer Journal, 47(8), 1541–1549.
 
Zhou, L., Lv, S., He, G., He, Q. &  Shi, B. (2011) Effect of PE/AG2O nano-packaging on the quality of apple sclices. Journal of Food Quality, 34(3), 171-176.