Efecto de agregar nano

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 5063 (2023) Citar este artículo

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Se desarrollaron las películas de biocompuestos a base de Hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) reforzada con nanopartículas de plata (AgNPs) y nanopartículas de óxido de Titanio (TiO2-NPs). Se determinaron algunas propiedades físicas y mecánicas: Resistencia a la tracción (TS), elongación (E), módulo de elasticidad de Young (EM), permeabilidad al vapor de agua (WVP) y transparencia. También se estudiaron las propiedades antibacterianas de estas películas. Los valores de resistencia a la tracción de la película HPMC reforzada con Ag NP y TiO2-NP y HPMC sin nanopartículas fueron 39,24, 143,87 y 157,92 MPa, respectivamente. El alargamiento de la película de HMPC fue menor que el de la película de HPMC reforzada con AgNPs y TiO2-NPs, los resultados fueron 2, 35 y 42%, respectivamente. Además, se determinó que el módulo de elasticidad de Young de la película de HMPC era de 19,62 MPa y la película de HPMC reforzada con AgNP y TiO2-NP era de 4,11 y 3,76 MPa, respectivamente. Los valores de WVP de la película de HMPC fueron más altos que los de la película de HMPC reforzada con AgNP y TiO2-NP, donde fueron 0,5076 × 10-3, 0,4596 × 10-3 y 0,4504 × 10-3 (g/msPa), respectivamente. Las películas de nanocompuestos demostraron una fuerte actividad antibacteriana contra las bacterias patógenas probadas en la zona de la superficie de contacto. Las actividades antibacterianas de las AgNP (~ 10 nm) a 80 ppm fueron más activas que a 20 y 40 ppm contra patógenos transmitidos por los alimentos, es decir, Bacillus cereus y Escherichia coli, los diámetros de la zona de inhibición fueron de 9 y 10 mm, respectivamente. Además, las NPs de TiO2 (~ 50 nm) a 80 ppm fueron más activas que 20 y 40 ppm contra B. cereus y Salmonella Typhimurium, los diámetros de la zona de inhibición fueron de 11 y 10 mm, respectivamente.

En el sector alimentario, el uso de nanomateriales se volvió muy importante y atractivo, especialmente los materiales de embalaje. Las películas comestibles y los materiales de recubrimiento se usan comúnmente como materiales de empaque apropiados para prolongar la vida útil de los alimentos frescos. Estos nanomateriales tienen propiedades distinguidas en comparación con otros materiales debido a su alta relación área superficial/volumen y otras propiedades fisicoquímicas únicas como color, solubilidad, fuerza, difusividad, toxicidad, magnética, óptica y termodinámica, etc.1. La nanotecnología ha traído una nueva revolución industrial y tanto los países desarrollados como los países en desarrollo están interesados en invertir más en esta tecnología2. Por lo tanto, la nanotecnología ofrece una amplia gama de oportunidades para el desarrollo y la aplicación de estructuras, materiales o sistemas con nuevas propiedades en diversas áreas como la agricultura, la alimentación y la medicina, etc. 100 mil millones de dólares en 20203.

La celulosa es el compuesto orgánico más abundante en el medio ambiente, que es renovable, reciclable y biodegradable (en carbono, hidrógeno y oxígeno)4. En particular, la celulosa es más adecuada para fines de embalaje ya que no es un polímero termoplástico, mientras que sus derivados de éster (metilcelulosa (MC), hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC), hidroxipropilcelulosa (HPC) y etilcelulosa (EC)) son polímeros termoplásticos biodegradables. . La hidroxipropilmetilcelulosa y la MC son solubles en agua fría, pero después del calentamiento forman un gel térmicamente reversible y relativamente duro mediante el proceso de calentamiento a 50–80 °C5,6. La hidroxipropilmetilcelulosa es un material inodoro, insípido, transparente, estable, resistente al aceite, no tóxico y comestible con buenas propiedades de formación de películas. Es un polímero no iónico con estructura lineal de moléculas de glucosa, en el que su matriz se estabiliza mediante puentes de hidrógeno7,8.

Las nanopartículas de plata se encuentran entre las nanopartículas más exploradas, debido a su potencial antimicrobiano establecido contra múltiples comensales y cepas patógenas9. Además de las cepas bacterianas, se sabe que las nanopartículas de plata inhiben múltiples hongos y también varios virus10. La plata se dirige al metabolismo bacteriano uniéndose a su ADN, proteínas y enzimas; resultando en efectos bacteriostáticos11. Las nanopartículas de plata desestabilizan y alteran tanto la membrana externa como la citoplasmática12. Las nanopartículas de plata también inhiben las enzimas de la cadena respiratoria y también pueden estimular la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS)13.

Naturalmente, el dióxido de titanio existe en tres fases primarias, es decir, anatasa, rutilo y brookita; con tamaños de cristal variados (diámetro entre 2 y 6 nm)14. El TiO2 posee capacidades fotocatalíticas y, a nanoescala, el TiO2 muestra reactividad superficial, lo que lo conecta con moléculas biológicas (proteínas y péptidos fosforilados) y ADN15. La energía superficial de las nanopartículas de TiO2 amplifica con el tamaño. Las propiedades antibacterianas del TiO2 son bien conocidas16. Sin embargo, la capacidad antibacteriana de las nanopartículas de TiO2 se limita a la exposición a la radiación UV17. Aunque el mecanismo exacto de la actividad biocida de TiO2 no está claro, se puede atribuir a su ataque oxidativo inicial sobre la membrana celular bacteriana externa/interna, las alteraciones de TiO2 no están claras, se pueden atribuir a su ataque oxidativo inicial sobre la membrana celular bacteriana externa/interna. membrana interna de la célula bacteriana, alteraciones de la actividad enzimática dependiente de la coenzima A y daño del ADN a través de los radicales hidroxilo18.

Se estudiaron la resistencia a la tracción (TS), la permeabilidad al vapor de agua (WVP), el % de elongación (E), la capacidad de adsorción y el % de materia soluble (SM) de agua en películas de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) reforzadas con polietilenglicol (PEG). El TS entre 17 y 44 N/mm2 y el WVP de las películas se determinó en 0,232·1010–1,160·1010 g/msPa y %E entre 14 y 97%, dependiendo de la composición. El contenido de humedad (CM), el contenido de etanol y la presión del PEG afectaron la formación de la película. La adición de PEG a la matriz polimérica aumentó la WVP, el alargamiento (E) y la solubilidad, pero disminuyó la resistencia a la tracción (TS)19.

La inocuidad de los alimentos es un concepto importante y un problema de salud en los países desarrollados y en desarrollo20. El Centro para el Control y la Prevención de Enfermedades21 informó que alrededor de 179 millones de personas se enferman, 428 000 son hospitalizadas, 6000 mueren y cuestan US $ 15 600 millones cada año en EE. UU. a causa de cinco patógenos transmitidos por los alimentos. Además, el Banco Mundial informa22 que las enfermedades transmitidas por los alimentos en los países en desarrollo costaron ~ US $ 110 mil millones, 600 millones de casos de enfermedades y 420,000 muertes prematuras en Asia y África. Cinco patógenos transmitidos por los alimentos registran aproximadamente (88 %) de las muertes relacionadas con los alimentos enumerados: Salmonella no tifoidea (35 %), norovirus (26 %), Campylobacter (15 %), Toxoplasma gondii (8 %) y Escherichia coli (4 %)21. Una forma de controlar los patógenos transmitidos por los alimentos y el deterioro de los alimentos es desarrollar películas antimicrobianas para envasar alimentos.

El estudio de las propiedades de estas películas es muy importante para la conservación de alimentos, por lo que el objetivo principal de este trabajo es desarrollar una película comestible a base de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) reforzada con nanopartículas (AgNPs y TiO2NPs) y estudiar algunas propiedades mecánicas y antibacterianas. de estas películas. Estas propiedades incluyen: resistencia a la tracción (TS), elongación (E), módulo de elasticidad de Young (EM), permeabilidad al vapor de agua (WVP) y transparencia.

Se compraron nanopartículas de plata (AgNP), nanopartículas de óxido de titanio (TiO2-NP) y glicerol de Nano Gate Company, El Cairo, Egipto. La hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) se suministró desde el polígono industrial GIDC, India. Bacillus cereus (ATCC7464), Salmonella Typhimurium (ATCC14028), E. coli (ATCC87939) y Staphylococcus aureus (ATCC 6538) se obtuvieron del (Centro de Recursos Microbiológicos, MIRCEN y El Cairo, Egipto). Como se muestra en la Tabla 1, los compuestos de las películas de biocompuestos se fabricaron a partir de agua destilada, HMPC, glicerol, AgNP y TiO2NP.

Las nanopartículas de plata (AgNPs) han sido preparadas por el método de reducción química según lo informado por Pal et al23. Para la síntesis de nanopartículas de Ag se utilizó un horno de microondas SHARP (modelo: R259). En un procedimiento típico, se tomaron 10 ml de solución etanólica al 1% (p/v) de polivinilpirrolidona (PVP) y 0,2 ml de AgNO3 0,1 M en un matraz cónico cerrado de 25 ml y se colocaron en un horno de microondas que funcionaba a la 100% potencia de 800 W y frecuencia 2450 MHz durante 5 s. La solución incolora cambió instantáneamente al característico color amarillo pálido, lo que indica la formación de nanopartículas de plata. La ventaja de la síntesis mediada por microondas sobre el calentamiento convencional es la cinética mejorada de la reacción generalmente en uno o dos órdenes de magnitud, debido al calentamiento inicial rápido y la generación de zonas de alta temperatura localizadas en los sitios de reacción24.

Las nanopartículas de óxido de titanio (TiO2-NPs) se prepararon según Salah et al25 con alguna modificación. Brevemente, el tamaño de los compuestos metálicos (~ 0,6 ± 1 μm, 120 pureza 99,9 %, Loba, Chemi, Pvt. Ltd, India) se molió en celdas de acero (250 ml) utilizando bolas de acero endurecido (diámetro 15 mm, peso 32 g) en atmósfera ambiente durante diferentes tiempos que van de 2 a 50 h. La molienda mecánica se realizó en un molino oscilatorio horizontal (Retsch, PM 400) operando a 25 Hz. La proporción de mezcla de bolas de acero y polvos fue de alrededor de 15:1 por ciento en peso. En este experimento se usaron dos celdas paralelas (el peso total del polvo de muestra fue de 20 g).

La hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) se preparó según De Moura et al26 con algunas modificaciones. Brevemente, cada 40 g de HPMC se disolvió en 1000 ml de agua destilada a 70 °C y se agitó a 1000 rpm/min durante 2 h hasta una disolución completa. Se añadió 1 mL de glicerol al 30% como plastificante, luego se añadieron 80 ppm de diferentes nanopartículas con agitación durante 30 min. La solución se sometió a autoclave (121 °C/15 min a 15 psi). Luego se colocaron en placas petri de vidrio de 25 × 20 cm en condiciones esterilizadas y se dejaron secar durante la noche (18 h) en un flujo de aire laminar a 25 °C y se mantuvieron en almacenamiento en frío hasta su uso. En la figura 1a. Película de control de HPMC sin nanopartículas, Fig. 1b. Película de HPMC reforzada con concentración de Nanopartículas de plata a 80 ppm y Fig. 1c. Película de HPMC reforzada con nanopartículas de óxido de titanio a una concentración de 80 ppm.

película HPMC.

Las propiedades ópticas características de las nanopartículas de Ag se registraron utilizando el espectrofotómetro PerkinElmer Lambda 35 UV-vis. Los espectros se registraron usando una celda de cuarzo de 1 cm3. El espectro de emisión (220 nm) de la solución se registró utilizando un espectrofluorómetro de JASCO. Las distribuciones de tamaño, forma y tamaño de partícula se determinaron usando un microscopio electrónico de transmisión JEOL JEM-2011 operado a un voltaje de aceleración de 200 kV. Las imágenes se registraron con una cámara CCD Gatan DualVision 600t conectada al microscopio y se analizaron con Gatan Digital Micrograph Versión 3.11.1. El TEM se calibró para difracción y modo de imagen utilizando muestras estándar. La resolución del sistema se calibró con manganeso (Mn)27. Las muestras se prepararon para el análisis TEM colocando una gota de la solución en una rejilla de cobre recubierta de carbono y secándolas al aire. El análisis de rayos X de energía dispersiva se realizó con un sistema Princeton Gamma Tech Prism 1G con un detector de silicio de 10 mm2 conectado al TEM y los picos se analizaron con el software Imix 10.59427.

La difracción de rayos X (XRD) de las nanopartículas se midió utilizando un difractómetro de rayos X (Rigaku D/Max-B, Tokio, Japón) según Akbari et al28. Las muestras se colocaron en portaobjetos de vidrio y los espectros se registraron utilizando radiación de Cu (longitud de onda de 0,1541 nm) y un monocromador de níquel filtrando la onda a 40 kV y 30 mA. El tamaño promedio de los cristalitos de (TiO2-NPs) se estimó utilizando la ecuación de Scherer:

donde D es el tamaño del cristalito, λ es la longitud de onda de los rayos X, β es el ancho total en el máximo del pico y θ es el ángulo central del pico de difracción.

Las actividades antibacterianas de las nanopartículas contra los patógenos transmitidos por los alimentos se realizaron mediante el método de difusión en disco en medios de agar de soja tríptico (TSA) según Salari et al29. El inóculo (100 μl) se ajustó a las nanopartículas empleadas en este estudio (20, 40 y 80 ppm), se midieron después de la incubación a 37 °C durante 24–48 h. las zonas de inhibición del crecimiento bacteriano se midieron en mm.

Los espesores de las películas se midieron con un micrómetro digital (Mitutoyo Manufacturing Co. Ltd., Japón, sensibilidad ± 0,001 mm en 5 posiciones aleatorias en la película, después de WVP y pruebas de tracción anteriores. WVP y las propiedades mecánicas se calcularon en función del espesor promedio19.

El TS, EAB y EM de la película comestible compuesta se determinaron según Hazirah et al30. Se usó un instrumento de prueba universal Instron (modelo 1011) para determinar la película TS y %E. Los especímenes de película de prueba fueron tiras rectangulares de 38 mm de largo y 5,79 mm de ancho como se sugiere en ASTM D683M31. Se utilizó una velocidad de deformación de 50 mm/min. Todas las tiras de película se equilibraron durante una semana a 52 ± 2 % de HR en un gabinete utilizando una solución saturada de nitrato de magnesio a temperatura ambiente (25 ± 1 C). Se probaron al menos cuatro réplicas de cada película de MC. Las tres pruebas se realizaron en películas compuestas comestibles31. Los valores de TS, EAB y EM se calcularon utilizando:

donde Fmax es la carga máxima (N) necesaria para separar la muestra y A es el área de la sección transversal m2 de la muestra de película.

donde lmax es el alargamiento de la película (mm) en ese momento de ruptura y lo es la longitud de agarre inicial (mm) de la muestra.

donde la tensión es la carga (N) dividida por el área (mm2) y la deformación es el cambio de longitud (mm) dividido por la longitud original (mm).

La WVP de las películas se determinó gravimétricamente a 25 ± 1 °C utilizando un procedimiento ASTM E96-8031 modificado. La película de prueba se selló a una placa de vidrio que contenía cloruro de calcio anhidro (Merck, Darmstadt, Alemania), 0 % de HR, y la placa se colocó en un desecador mantenido a 52 ± 2 % de HR con nitrato de magnesio saturado (Merck, Darmstadt, Alemania). ). El vapor de agua transferido a través de la película y absorbido por el desecante se determinó midiendo la ganancia de peso. WVP se calculó a partir de la siguiente ecuación:

donde WVP está en g/msPa, x es el espesor de la película (m), A es el área de la película expuesta (m2), DP es el diferencial de presión de vapor de agua a través de la película (Pa) y C es la pendiente del peso ganancia del plato, al 0.0001 g más cercano, contra el tiempo. En general, se tomaron diez pesajes durante un período de 7 a 10 h. Las pendientes se calcularon mediante regresión lineal y el coeficiente de correlación (r2) para todos los datos informados fue de 0,99 o superior. Se analizaron al menos tres réplicas de cada tipo de película para WVP.

La figura 2 muestra que la transparencia de las películas reforzadas con nanomateriales se determinó con el medidor de transmisión de espectro LS108 PL, el medidor de transmisión BL y el medidor de transmisión de luz según Hazirah et al30. Tiene la siguiente característica y parámetro:

Medidor de transmisión de espectro LS108.

Característica:

Medidor de transmisión PL, medidor de transmisión BL, medidor de transmisión de luz, tres funciones en UN dispositivo.

Autocalibración y autocalibración, NO necesita ningún ajuste manual.

Operación simple, colocando la muestra de prueba en la posición de prueba, los valores de transmisión PL, BL y VL de la muestra se mostrarán simultáneamente.

Parámetro:

Tamaño: 200 mm x 180 mm x 106 mm (largo x ancho x alto).

Tamaño de la muestra de prueba: > ￠3 mm

Peso: 1500 g

Resolución: 0,1%

Precisión: ± 2% (material incoloro y transparente)

Luz púrpura Longitud de onda máxima: 395 nm

Luz azul Longitud de onda máxima: 460 nm

Luz visible Longitud de onda máxima: 550 nm

Fuente de alimentación: adaptador de CC de 5 V.

Se estudiaron las propiedades de los nanomateriales que se utilizan en la fabricación de películas de embalaje, como la plata (AgNP) y el óxido de titanio (TiO2NP). Las propiedades de las películas tales como resistencia a la tracción (TS), elongación (E), módulo elástico de Young (EM), permeabilidad al vapor de agua (WVP), transparencia y propiedades antibacterianas de la película biocompuesta se estudiaron para las películas comestibles reforzadas. con AgNP y TiO2 -NP.

La figura 3 muestra que los tamaños de partículas esféricas eran de 10 ± 2 nm de diámetro. El análisis TEM se llevó a cabo con una dilución de 100 veces de la suspensión coloidal, solo se observaron unas pocas partículas en la pequeña sección de la imagen de alta resolución. La utilización del tratamiento de irradiación de microondas muestra buenos resultados no solo debido a un calentamiento más rápido sino que proporciona partículas monodispersas distribuidas uniformemente. El color de la solución cambió por la formación de nanopartículas de plata. La característica banda de plasmones superficiales a 416 nm que es ligeramente superior mostró el espectro visible de las nanopartículas de plata (Fig. 4). Estos resultados concuerdan con los obtenidos por Pal et al23,27. Las nanopartículas de plata tenían un índice de refracción del medio circundante debido a su ligero desplazamiento hacia el rojo en el plasmón superficial.

Muestra el TEM de AgNP a diferentes escalas (A) 100 nm, (B) 20 nm.

Espectroscopia UV-vis y de fluorescencia de nanopartículas de plata.

Las NP de TiO2 se midieron mediante XRD para determinar el tamaño de los cristalitos y la pureza de las nanopartículas. El tamaño de cristalinidad de las nanopartículas se confirmó mediante análisis XRD como se muestra en la Fig. 5. El espectro XRD de las nanopartículas secas fue de alta pureza, picos claros y anchos. El patrón XRD encaja bien con una estructura de wurtzita y el cristal promedio (diámetro). Por lo tanto, los resultados de la caracterización XRD permiten concluir que el tamaño de las nanopartículas tiene un radio de alrededor de 50 ± 5 nm. Estos resultados están de acuerdo con los obtenidos por Aboud et al32.

Patrón XRD de nanopartículas de óxido de titanio (TiO2-NPs).

La Tabla 2 muestra las actividades antibacterianas de nanopartículas inorgánicas, es decir, nanopartículas de plata (AgNP) y nanopartículas de óxido de titanio (TiO2-NP) contra cuatro patógenos transmitidos por alimentos: Bacillus cereus, Salmonella Typhimurium, E.coli y Staphylococcus aureus. Nps (~ 10 nm) y TiO2-NPs (~ 50 nm) a 80 ppm fueron efectivos contra patógenos transmitidos por alimentos, es decir, B. cereus, S. Typhimurium, E. coli 0157:H7 y S. aureus, que 20 y 40 ppm respectivamente. Estos resultados concuerdan parcialmente con el resultado indicado por Khezerlou et al33 y Ejaz et al34. Además, los AgNP a 80 ppm fueron más efectivos contra B. Cereus y E. Coli. Estos resultados concuerdan con los datos informados por Nanda y Saravanan35. Además, las NPs de TiO2 a 80 ppm fueron más activas contra B.cereus y S. Typhimurium, estos resultados fueron similares a los obtenidos por Martinez-Gutierrez et al36. Las películas compuestas incorporadas de AgNP y TiO2-NP demostraron una fuerte actividad antibacteriana contra las bacterias patógenas transmitidas por los alimentos Gram-positivas y Gram-negativas.

La Figura 6 muestra las actividades antibacterianas de nanopartículas de plata (Ag-NPs) y nanopartículas de óxido de titanio (TiO2-NPs) a diferentes concentraciones 20, 40 y 80 ppm contra S. Typhimurium. Los resultados fueron a una concentración de 80 ppm para (Ag-NPs) y (Tio2-NPs) más valor de 20 y 40 ppm, el diámetro de la zona de inhibición fue de 8 y 10 mm, respectivamente, en la Fig. 7 se muestra que las actividades antibacterianas de nanopartículas de plata (Ag-NPs) y nanopartículas de óxido de titanio (TiO2-NPs) a diferentes concentraciones 20, 40 y 80 ppm contra E. coli. Los resultados fueron a una concentración de 80 ppm para (Ag-NPs) y (Tio2-NPs) más valor de 20 y 40 ppm, el diámetro del halo de inhibición fue de 10 y 9 mm, respectivamente, en la Fig. 8 se muestra la actividad antibacteriana de nanopartículas de plata (Ag-NPs) y nanopartículas de óxido de titanio (TiO2-NPs) a diferentes concentraciones 20, 40 y 80 ppm frente a S.aureus. Los resultados fueron a una concentración de 80 ppm para (Ag-NPs) y (TiO2-NPs) más valor de 20 y 40 ppm, el diámetro del halo de inhibición fue de 8 y 8 mm, respectivamente, y en la Fig. 9 se muestran las actividades antibacterianas. de nanopartículas de plata (Ag-NPs) y nanopartículas de óxido de titanio (TiO2-NPs) a concentraciones de 20, 40 y 80 ppm contra B.cereus. Los resultados fueron a una concentración de 80 ppm para (Ag-NPs) y (TiO2-NPs) más valor de 20 y 40 ppm, el diámetro del halo de inhibición fue de 9 y 11 mm, respectivamente.

Actividades antibacterianas de nanopartículas a diferentes concentraciones frente a S. Typhimurium.

Actividades antibacterianas de nanopartículas a diferentes concentraciones frente a E. coli.

Actividades antibacterianas de nanopartículas a diferentes concentraciones frente a S. aureus.

Actividades antibacterianas de nanopartículas a diferentes concentraciones frente a B. cereus.

Se probó el espesor promedio de las películas de biocompuestos (HMPC, HMPC reforzado con AgNP y HMPC reforzado con TiO2NP). Como se muestra en la Tabla 3, los valores de los resultados de la película de control (HMPC), HMPC-AgNP y HMPC-TiO2NP fueron 0,30, 0,19 y 0,12 µm, respectivamente.

Se evaluaron las propiedades mecánicas como resistencia a la tracción, elongación y módulo de elasticidad de Young. Como se muestra en la Tabla 4, los valores de tracción de la película de HPMC reforzada con Ag NP y TiO2-NP fueron más altos que los de la resistencia a la tracción de las películas de HPMC sin nanopartículas (control), los valores de los resultados fueron 39.24, 143.87 y 157.92 MPa, respectivamente, para HMPC. , HMPC reforzado con AgNP y HMPC reforzado con TiO2NP. Por otro lado, se probó el alargamiento, los resultados arrojaron que, la película de HPMC reforzada con Ag NPs y TiO2-NPs tienen mayor valor de elongación en comparación con las películas de HPMC sin nanopartículas (control), los valores de los resultados fueron 2, 35 y 42 %, respectivamente, para HMPC, HMPC reforzado con AgNP y HMPC reforzado con TiO2NP. Además, se evaluó el módulo elástico de Young, los resultados muestran que las películas de HPMC reforzadas con Ag NP y TiO2-NP tienen valores más bajos en comparación con las películas de HPMC sin nanopartículas (control). Los valores de elongación fueron 19,62, 4,11 y 3,76 MPa, respectivamente. Esto se debe a (a) la capacidad de las nanopartículas para llenar los poros entre las estructuras de película de HPMC. (b) El agua evapora la permeabilidad durante la formación de la película (c) Por lo tanto, el aumento del área superficial refuerza el (d) espesor de la película y es biodegradable. Estos resultados concuerdan con los obtenidos por Martinez-Gutierrez et al36, Jiménez et al37, Silva-Weiss et al38, Ahmadi et al39, Osorio et al40 y Sievens-Figueroa et al41.

Las propiedades mecánicas como la tracción, la elongación y el módulo elástico de Young se evaluaron mediante un análisis de textura. En la Fig. 10 se muestra la Curva de textura de la película de HPMC (Control), en la Fig. 11 se muestra un análisis de textura de la Curva de textura de HPMC- AgNP y en la Fig. 12 se muestra un análisis de textura de la Curva de textura de HPMC- NP de TiO2.

Curva de textura de la película HPMC (Control).

Curva de textura de película de HPMC reforzada con AgNP.

Curva de textura de una película de HPMC reforzada con TiO2-NP.

Las Figuras 13, 14 y 15 muestran la relación entre la ganancia de peso y el tiempo para calcular la pendiente (C) por regresión lineal (Y) y el coeficiente de correlación (r2) que se usa para determinar la WVP transferida a través de la película. aumento de peso. Como se muestra en la Tabla 5, la pendiente de las películas de biocompuestos que se utiliza para determinar la permeabilidad al agua de las películas de biocompuestos reforzadas con nanopartículas.

Gráfico de película HMPC.

Gráfico de película de HMPC reforzada con Ag NP.

Gráfico de película de HMPC reforzada con NP de TiO2.

La Tabla 6 muestra el promedio de ganancia de peso con el tiempo para determinar WVP de películas de biocompuestos. Los resultados de WVP mostraron que la película de HPMC reforzada con Ag NP y TiO2-NP tenían un valor menor que el de las películas de HPMC sin nanopartículas (control), los valores de los resultados fueron 0,5076 × 10–3 y 0,4596 × 10–3, y 0,4504 × 10 –3 (g/msPa), respectivamente. Estos datos se refieren a (a) el espesor de la película. (b) La capacidad de las nanopartículas para llenar los poros entre la estructura de las películas de HPMC. (c) Difusión de HPMC con diferentes nanopartículas y forma una estructura homogeneizada37. El valor del espesor de la película (x) del control de HMPC fue de 0,164 µm. Los valores de espesor de las películas comestibles reforzadas con AgNPs y TiO2NPs fueron 0,1855 y 0,1455 µm, respectivamente. Estos resultados concuerdan con los obtenidos por Jiménez et al37, Silva-Weiss et al38, Ahmadi et al39, Osorio et al40 y Sievens-Figueroa et al41.

La Tabla 7 muestra la transparencia de la película de biocompuesto basada en película de HPMC reforzada con nanopartículas de NP de Ag y NP de TiO2 en comparación con HPMC únicamente. Se pudo observar que el pico de luz visible (VL) a diferentes longitudes de onda 395, 430 y 550 nm varió de 45 a 63% para películas de HPMC reforzadas con NPs de Ag y películas de nanopartículas de TiO2-NPs, que varió de 58 a 73% para películas de nanopartículas de TiO2-NPs. Control HPMC. Eso se debe a la diferencia de películas reforzadas con nanopartículas de color42.

La película de biocompuesto a base de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) se preparó con concentraciones de AgNP y TiO2-NP por el método de fundición. Los resultados han demostrado que algunas propiedades del biocompuesto se vieron afectadas por el contenido de AgNP y TiO2-NP. AgNPs y TiO2-NPs causaron una mejora en el WVP de los biocompuestos. La transparencia en la película de control fue más valiosa que la película de HMPC reforzada con diferentes muestras de nanopartículas. La resistencia mecánica de la película aumentó después de la formación del compuesto con AgNPs y TiO2 NPs. Sin embargo, la adición de nanopartículas resultó en mayores valores de elongación a la rotura. Las películas de biocompuestos reforzadas con AgNP y TiO2-NP incorporadas demostraron una fuerte actividad antibacteriana contra las bacterias patógenas Gram-positivas y Gram-negativas transmitidas por los alimentos. Los AgNP y TiO2-NP agregados a la película de HMPC se pueden usar como nuevos materiales activos de envasado de alimentos para prolongar la vida útil de los alimentos durante el almacenamiento. Sin embargo, se necesitan más estudios para determinar la toxicidad potencial de los nanomateriales liberados de la matriz del biopolímero y su migración a los alimentos.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

Área de la sección transversal de la muestra de película.

Nanopartículas de plata

Pendiente de la ganancia de peso del plato.

Tamaño de cristalita

Alargamiento

Módulo elástico de Young

Carga máxima necesaria para separar la muestra

Hidroxipropilmetilcelulosa

Elongación de la película en ese momento de ruptura y

Longitud de agarre inicial de la muestra

Contenido de humedad

Especies de oxígeno reactivas

materia soluble

Nanopartículas de óxido de titanio

Resistencia a la tracción

Permeabilidad al vapor de agua

Espesor de la película

Diferencial de presión de vapor de agua a través de la película

longitud de onda de rayos X

Ancho total en el máximo del pico

Ángulo central del pico de difracción

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Su trabajo está totalmente patrocinado por el Centro de Apoyo y Desarrollo de la Investigación Científica de la Universidad de Benha. También nos gustaría mostrar nuestro agradecimiento a la Academia Árabe de Ciencia y Tecnología y Transporte Marítimo, El Cairo, Egipto.

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por The Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) en cooperación con The Egyptian Knowledge Bank (EKB). Esta investigación fue apoyada por el Centro de Apoyo y Desarrollo de la Investigación Científica, Universidad de Benha, Egipto. También nos gustaría mostrar nuestro agradecimiento a la Academia Árabe de Ciencia y Tecnología y Transporte Marítimo, El Cairo, Egipto.

Departamento de Ingeniería Agrícola y de Biosistemas, Facultad de Agricultura, Universidad de Benha, PO Box 13736, Moshtohor, Toukh, Kalubia, Egipto

El-Sayed Khater, Adel Bahnasawy y Basma Abu Gabal

Departamento de Ciencias Básicas y Aplicadas, Facultad de Ingeniería y Tecnología, Academia Árabe de Ciencia y Tecnología y Transporte Marítimo (AASTMT), PO Box 2033, El Cairo, Egipto

Wael Abbas y Osama Morsy

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ES., AB, BAG, WA y OM: Investigación, Recursos, Redacción—Preparación del borrador original, Redacción—Revisión y Edición.

Correspondencia a El-Sayed Khater.

Los autores declaran no tener conflicto de intereses. Los financiadores no tuvieron ningún papel en el diseño del estudio; en la recopilación, análisis o interpretación de datos; en la redacción del manuscrito, y en la decisión de publicar los resultados.

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Reimpresiones y permisos

Khater, ES., Bahnasawy, A., Gabal, BA et al. Efecto de la adición de nanomateriales sobre las propiedades de las películas comestibles de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC). Informe científico 13, 5063 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32218-y

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Recibido: 17 Octubre 2022

Aceptado: 24 de marzo de 2023

Publicado: 28 de marzo de 2023

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

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