Effet de l'ajout de nano

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5063 (2023) Citer cet article

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Des films bio-composites à base d'Hydroxypropyl méthylcellulose (HPMC) renforcés de nanoparticules d'argent (AgNPs) et de nanoparticules d'oxyde de titane (TiO2-NPs) ont été développés. Certaines propriétés physiques et mécaniques : la résistance à la traction (TS), l'allongement (E), le module d'élasticité de Young (EM), la perméabilité à la vapeur d'eau (WVP) et la transparence ont été déterminées. Les propriétés antibactériennes de ces films ont également été étudiées. Les valeurs de résistance à la traction du film HPMC renforcé avec Ag NPs et TiO2-NPs et HPMC sans nanoparticules étaient respectivement de 39,24, 143,87 et 157,92 MPa. L'allongement du film HMPC était inférieur à celui du film HPMC renforcé avec AgNPs et TiO2-NPs, les résultats étaient de 2, 35 et 42 %, respectivement. De plus, le module élastique de Young du film HMPC a été déterminé à 19, 62 MPa et le film HPMC renforcé avec AgNPs et TiO2-NPs était de 4, 11 et 3, 76 MPa, respectivement. Les valeurs de WVP du film HMPC étaient supérieures à celles du film HMPC renforcé avec AgNPs et TiO2-NPs, où elles étaient respectivement de 0,5076 × 10−3, 0,4596 × 10−3 et 0,4504 × 10−3 (g/msPa). Les films nano-composites ont démontré une forte activité antibactérienne contre les bactéries pathogènes testées dans la zone de surface de contact. Les activités antibactériennes des AgNPs (~ 10 nm) à 80 ppm étaient plus actives que 20 et 40 ppm contre les agents pathogènes d'origine alimentaire, c'est-à-dire Bacillus cereus et Escherichia coli, les diamètres de la zone d'inhibition étaient de 9 et 10 mm, respectivement. De plus, les TiO2-NPs (~ 50 nm) à 80 ppm étaient plus actifs que 20 et 40 ppm contre B. cereus et Salmonella Typhimurium, les diamètres de la zone d'inhibition étaient de 11 et 10 mm, respectivement.

Dans le secteur alimentaire, l'utilisation de nanomatériaux est devenue très importante et attrayante, en particulier les matériaux d'emballage. Les films comestibles et les matériaux de revêtement sont couramment utilisés comme matériaux d'emballage appropriés pour prolonger la durée de conservation des aliments frais. Ces nanomatériaux ont des propriétés distinctes par rapport à d'autres matériaux en raison de leur rapport surface/volume élevé et d'autres propriétés physicochimiques uniques telles que la couleur, la solubilité, la résistance, la diffusivité, la toxicité, magnétique, optique et thermodynamique, etc.1. La nanotechnologie a apporté une nouvelle révolution industrielle et tant les pays développés que les pays en développement sont intéressés à investir davantage dans cette technologie2. Par conséquent, la nanotechnologie offre un large éventail d'opportunités pour le développement et l'application de structures, de matériaux ou de systèmes dotés de nouvelles propriétés dans divers domaines tels que l'agriculture, l'alimentation, la médecine, etc. La commercialisation des nanoaliments était estimée à environ 35,5 milliards de dollars américains en 2013 et 100 milliards de dollars américains en 20203.

La cellulose est le composé organique le plus abondant dans l'environnement, qui est renouvelable, recyclable et biodégradable (en carbone, hydrogène et oxygène)4. Notamment, la cellulose est plus appropriée à des fins d'emballage car ce n'est pas un polymère thermoplastique, alors que ses dérivés esters (méthylcellulose (MC), hydroxypropylméthylcellulose (HPMC), hydroxypropylcellulose (HPC) et éthylcellulose (EC)) sont des polymères thermoplastiques biodégradables. . L'hydroxypropylméthylcellulose et le MC sont solubles dans l'eau froide, mais après chauffage, ils forment un gel thermiquement réversible et relativement dur par un processus de chauffage à 50–80 °C5,6. L'hydroxypropylméthylcellulose est une matière inodore, sans saveur, transparente, stable, résistante à l'huile, non toxique et comestible avec de bonnes propriétés filmogènes. C'est un polymère non ionique à structure linéaire de molécules de glucose, dans lequel sa matrice est stabilisée par des liaisons hydrogène7,8.

Les nanoparticules d'argent sont parmi les nanoparticules les plus explorées, en raison de leur potentiel antimicrobien établi contre de multiples souches commensales et pathogènes9. Outre les souches bactériennes, les nanoparticules d'argent sont connues pour être inhibitrices contre plusieurs champignons et également plusieurs virus10. L'argent cible le métabolisme bactérien en se liant à son ADN, ses protéines et ses enzymes ; entraînant des effets bactériostatiques11. Les nanoparticules d'argent déstabilisent et perturbent à la fois les membranes externes et cytoplasmiques12. Les nanoparticules d'argent inhibent également les enzymes de la chaîne respiratoire et peuvent également stimuler la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS)13.

Naturellement, le dioxyde de titane existe en trois phases principales, à savoir anatase, rutile et brookite ; ayant des tailles de cristaux variées (diamètre allant de 2 à 6 nm)14. Le TiO2 possède des capacités photocatalytiques et à l'échelle nanométrique, le TiO2 présente une réactivité de surface, qui le relie aux molécules biologiques (protéines et peptides phosphorylés) et à l'ADN15. L'énergie de surface des nanoparticules de TiO2 amplifie avec la taille les propriétés antibactériennes du TiO2 est bien connue16 cependant, la capacité antibactérienne des nanoparticules de TiO2 confinée à l'exposition aux irradiations UV17. Bien que le mécanisme exact de l'activité biocide du TiO2 ne soit pas clair, il peut être attribué à son attaque oxydative initiale sur la membrane cellulaire bactérienne externe/interne, les altérations du TiO2 ne sont pas claires, il peut être attribué à son attaque oxydative initiale sur la membrane externe/interne des cellules bactériennes. membrane cellulaire bactérienne interne, altérations de l'activité enzymatique dépendante de la coenzyme A et dommages à l'ADN par les radicaux hydroxyles18.

La résistance à la traction (TS), la perméabilité à la vapeur d'eau (WVP), le % d'allongement (E), la capacité d'adsorption et le % de matière soluble (SM) de l'eau ont été étudiés dans des films d'hydroxypropyl méthylcellulose (HPMC) renforcés par du polyéthylène glycol (PEG). Le TS entre 17 et 44 N/mm2 et le WVP des films ont été déterminés comme étant de 0,232·1010–1,160·1010 g/msPa et %E entre 14 et 97 %, selon la composition. La teneur en humidité (MC), la teneur en éthanol et la pression du PEG ont affecté la formation du film. L'ajout de PEG à la matrice polymère a augmenté la WVP, l'allongement (E) et la solubilité, mais a diminué la résistance à la traction (TS)19.

La sécurité sanitaire des aliments est un concept important et une préoccupation sanitaire dans les pays développés et en développement20. Le Center for Disease Control and Prevention Center21 a rapporté qu'environ 179 millions de personnes tombent malades, 428 000 hospitalisées, 6 000 décès et coûtent 15,6 milliards de dollars américains chaque année aux États-Unis à cause de cinq agents pathogènes d'origine alimentaire. En outre, le rapport de la Banque mondiale22 sur les maladies d'origine alimentaire dans les pays en développement a coûté environ 110 milliards de dollars américains, 600 millions de cas de maladie et 420 000 décès prématurés en Asie et en Afrique. Cinq agents pathogènes d'origine alimentaire enregistrent environ (88 %) des décès répertoriés dans les aliments concernés : Salmonella non typhoïde (35 %), Norovirus (26 %), Campylobacter (15 %), Toxoplasma gondii (8 %) et Escherichia coli (4 %)21. Une façon de contrôler les agents pathogènes d'origine alimentaire et la détérioration des aliments consiste à développer des films antimicrobiens pour l'emballage des aliments.

L'étude des propriétés de ces films est très importante pour la conservation des aliments, par conséquent, l'objectif principal de ce travail est de développer un film comestible à base d'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) renforcé de nanoparticules (AgNPs et TiO2NPs) et d'étudier certaines propriétés mécaniques et antibactériennes. de ces films. Ces propriétés comprennent : la résistance à la traction (TS), l'allongement (E), le module élastique de Young (EM), la perméabilité à la vapeur d'eau (WVP) et la transparence.

Les nanoparticules d'argent (AgNPs), les nanoparticules d'oxyde de titane (TiO2-NPs) et le glycérol ont été achetés auprès de Nano Gate Company, Le Caire, Égypte. L'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) a été fournie par GIDC Industrial Estate, Inde. Bacillus cereus (ATCC7464), Salmonella Typhimurium (ATCC14028), E. coli (ATCC87939) et Staphylococcus aureus (ATCC 6538) ont été obtenus auprès de (Centre de ressources microbiologiques, MIRCEN et Le Caire, Égypte). Comme le montre le tableau 1, les composés des films biocomposites ont été fabriqués à partir d'eau distillée, de HMPC, de glycérol, d'AgNPs et de TiO2NPs.

Des nanoparticules d'argent (AgNPs) ont été préparées par la méthode de réduction chimique comme rapporté par Pal et al23. Pour la synthèse des nanoparticules d'Ag, SHARP fabrique un four à micro-ondes (modèle : R259) a été utilisé. Dans une procédure typique, 10 ml de solution éthanolique à 1 % (p/v) de polyvinylpyrrolidone (PVP) et 0,2 ml de AgNO3 0,1 M ont été prélevés dans une fiole conique fermée de 25 ml et placés dans un four à micro-ondes qui fonctionnait à la 100% puissance de 800 W et fréquence 2450 MHz pendant 5 s. La solution incolore vire instantanément à la couleur jaune pâle caractéristique, indiquant la formation de nanoparticules d'argent. L'avantage de la synthèse par micro-ondes par rapport au chauffage conventionnel est l'amélioration de la cinétique de la réaction généralement d'un ou deux ordres de grandeur, en raison d'un chauffage initial rapide et de la génération de zones localisées à haute température sur les sites de réaction24.

Des nanoparticules d'oxyde de titane (TiO2-NPs) ont été préparées selon Salah et al25 avec quelques modifications. En bref, la taille des composés métalliques (~ 0,6 ± 1 μm, 120 pureté 99,9 %, Loba, Chemi, Pvt. Ltd, Inde) a été broyée dans des cellules en acier (250 ml) à l'aide de billes d'acier trempé (diamètre 15 mm, poids 32 g) en atmosphère ambiante pendant différents temps allant de 2 à 50 h. Le broyage mécanique a été effectué dans un broyeur oscillant horizontal (Retsch, PM 400) fonctionnant à 25 Hz. Le rapport de mélange des billes d'acier et des poudres était d'environ 15:1 en pourcentage en poids. Deux cellules parallèles ont été utilisées dans cette expérience (le poids total de la poudre d'échantillon était de 20 g).

L'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) a été préparée selon De Moura et al26 avec quelques modifications. En bref, chaque 40 g de HPMC a été dissous dans 1 000 ml d'eau distillée à 70 °C et agité à 1 000 tr/min pendant 2 h jusqu'à une dissolution complète. Un 1 mL de glycérol 30% a été ajouté comme plastifiant, puis 80 ppm de différentes nanoparticules ont été ajoutés sous agitation pendant 30 min. La solution a été autoclavée (121°C/15 min à 15 psi). Puis coulé sur des boîtes de pétri en verre 25 × 20 cm à l'état stérilisé et laissé sécher pendant une nuit (18 h) dans un flux d'air laminaire à 25 ° C et conservé au froid jusqu'à utilisation. Dans la figure 1a. Film de contrôle HPMC sans nanoparticules, Fig. 1b. Film HPMC renforcé avec une concentration de nanoparticules d'argent à 80 ppm et Fig. 1c. Film HPMC renforcé avec une concentration de nanoparticules d'oxyde de titane à 80 ppm.

Film HPMC.

Les propriétés optiques caractéristiques des nanoparticules d'Ag ont été enregistrées à l'aide du spectrophotomètre PerkinElmer Lambda 35 UV–vis. Les spectres ont été enregistrés à l'aide d'une cellule en quartz de 1 cm3. Le spectre d'émission (220 nm) de la solution a été enregistré en utilisant un spectrofluorimètre de JASCO. Les distributions de taille, de forme et de taille de particules ont été déterminées à l'aide d'un microscope électronique à transmission JEOL JEM-2011 fonctionnant à une tension d'accélération de 200 kV. Les images ont été enregistrées à l'aide d'une caméra CCD Gatan DualVision 600t fixée au microscope et ont été analysées à l'aide de la version 3.11.1 du micrographe numérique Gatan. Le TEM a été calibré pour la diffraction et le mode d'imagerie à l'aide d'échantillons standard. La résolution du système a été calibrée avec du manganèse (Mn)27. Des échantillons ont été préparés pour l'analyse TEM en plaçant une goutte de la solution sur une grille de cuivre revêtue de carbone et en séchant à l'air. L'analyse par rayons X à dispersion d'énergie a été réalisée avec un système Princeton Gamma Tech Prism 1G avec un détecteur au silicium de 10 mm2 fixé au TEM et les pics ont été analysés avec le logiciel Imix 10.59427.

La diffraction des rayons X (XRD) des nanoparticules a été mesurée à l'aide d'un diffractomètre à rayons X (Rigaku D/Max-B, Tokyo, Japon) selon Akbari et al28. Les échantillons ont été placés sur lame de verre et les spectres ont été enregistrés en utilisant un rayonnement Cu (longueur d'onde de 0,1541 nm) et une onde filtrante monochromateur nickel à 40 kV et 30 mA. La taille moyenne des cristallites de (TiO2-NPs) a été estimée à l'aide de l'équation de Scherer :

où D est la taille des cristallites, λ est la longueur d'onde des rayons X, β est la largeur totale au maximum du pic et θ est l'angle central du pic de diffraction.

Les activités antibactériennes des nanoparticules contre les agents pathogènes d'origine alimentaire ont été réalisées par la méthode de diffusion sur disque sur un milieu de gélose trypsique au soja (TSA) selon Salari et al29. L'inoculum (100 μl) a été ajusté. Les nanoparticules utilisées dans cette étude (20, 40 et 80 ppm) ont été mesurées après incubation à 37 ° C pendant 24 à 48 h. les zones d'inhibition de la croissance bactérienne ont été mesurées en mm.

Les épaisseurs des films ont été mesurées avec un micromètre numérique (Mitutoyo Manufacturing Co. Ltd., Japon, sensibilité ± 0,001 mm à 5 positions aléatoires sur le film, après le WVP et les tests de traction précédents. Le WVP et les propriétés mécaniques ont été calculés sur la base de l'épaisseur moyenne19.

Les TS, EAB et EM du film comestible composite ont été déterminés selon Hazirah et al30. Un instrument de test universel Instron (modèle 1011) a été utilisé pour déterminer la TS et le %E du film. Les échantillons de film d'essai étaient des bandes rectangulaires de 38 mm de long et de 5,79 mm de large comme suggéré dans la norme ASTM D683M31. Une vitesse de déformation de 50 mm/min a été utilisée. Toutes les bandes de film ont été équilibrées pendant une semaine à 52 ± 2 % HR dans une armoire en utilisant une solution saturée de nitrate de magnésium à température ambiante (25 ± 1 C). Au moins quatre répliques de chaque film MC ont été testées. Les trois tests ont été réalisés dans des films composites comestibles31. Les valeurs pour TS, EAB et EM ont été calculées en utilisant :

où Fmax est la charge maximale (N) nécessaire pour séparer l'échantillon et A est la section transversale m2 de l'échantillon de film.

où lmax est l'allongement du film (mm) à ce moment de rupture et lo est la longueur de préhension initiale (mm) de l'échantillon.

où la contrainte est la charge (N) divisée par la surface (mm2) et la déformation est le changement de longueur (mm) divisé par la longueur d'origine (mm).

La WVP des films a été déterminée par gravimétrie à 25 ± 1 °C en utilisant une procédure ASTM E96-8031 modifiée. Le film test a été scellé sur une boîte en verre contenant du chlorure de calcium anhydre (Merck, Darmstadt, Allemagne), 0 % HR, et la boîte a été placée dans un dessiccateur maintenu à 52 ± 2 % HR avec du nitrate de magnésium saturé (Merck, Darmstadt, Allemagne ). La vapeur d'eau transférée à travers le film et absorbée par le déshydratant a été déterminée en mesurant le gain de poids. WVP a été calculé à partir de l'équation suivante :

où WVP est en g/msPa, x est l'épaisseur du film (m), A est la surface du film exposé (m2), DP est le différentiel de pression de vapeur d'eau à travers le film (Pa) et C est la pente du poids gain de la parabole, à 0,0001 g près, en fonction du temps. Généralement, dix pesées ont été prises sur une période de 7 à 10 h. Les pentes ont été calculées par régression linéaire et le coefficient de corrélation (r2) pour toutes les données rapportées était de 0,99 ou plus. Au moins trois répliques de chaque type de film ont été testées pour WVP.

La figure 2 montre que la transparence des films renforcés avec des nanomatériaux a été déterminée par le compteur de transmission de spectre LS108, le compteur de transmission BL, le compteur de transmission de la lumière selon Hazirah et al30. Il a la fonctionnalité et le paramètre suivants :

Compteur de transmission de spectre LS108.

Fonctionnalité:

Compteur de transmission PL, compteur de transmission BL, compteur de transmission de la lumière, trois fonctions dans un seul appareil.

Auto-étalonnage et auto-étalonnage, PAS besoin de réglages manuels.

Opération simple, mettant l'échantillon de test dans la position de test, les valeurs de transmission PL, BL et VL de l'échantillon s'afficheront simultanément.

Paramètre:

Taille : 200 mm*180 mm*106 mm (L*l*H)

Taille de l'échantillon de test : > ￠3 mm

Poids : 1500 g

Résolution : 0,1 %

Précision : ± 2% (Matériau incolore et transparent)

Lumière violette Longueur d'onde maximale : 395 nm

Lumière bleue Longueur d'onde maximale : 460 nm

Lumière visible Longueur d'onde maximale : 550 nm

Alimentation : adaptateur 5 V CC.

Les propriétés des nanomatériaux utilisés dans la fabrication de films d'emballage tels que l'argent (AgNPs) et l'oxyde de titane (TiO2NPs) ont été étudiées. Les propriétés des films telles que la résistance à la traction (TS), l'allongement (E), le module élastique de Young (EM), la perméabilité à la vapeur d'eau (WVP), la transparence et les propriétés antibactériennes du film bio-composite ont été étudiées pour les films comestibles renforcés. avec AgNPs et TiO2 -NPs.

La figure 3 montre que les tailles de particules sphériques étaient de 10 ± 2 nm de diamètre. L'analyse TEM a été effectuée sur une dilution de 100 fois de la suspension colloïdale, seules quelques particules ont été observées dans la petite section de l'image à haute résolution. Utilisation du traitement par irradiation aux micro-ondes montrant de bons résultats non seulement en raison d'un chauffage plus rapide, mais il donne des particules monodispersées uniformément réparties. La couleur de la solution a été modifiée par la formation de nanoparticules d'argent. La bande caractéristique des plasmons de surface à 416 nm qui est légèrement supérieure a été montrée dans le spectre visible des nanoparticules d'argent (Fig. 4). Ces résultats concordaient avec ceux obtenus par Pal et al23,27. Les nanoparticules d'argent avaient un indice de réfraction du milieu environnant en raison de leur léger décalage vers le rouge sur le plasmon de surface.

Montre le TEM des AgNPs à différentes échelles (A) 100 nm, (B) 20 nm.

Spectroscopie UV-vis et fluorescence de nanoparticules d'argent.

Les TiO2-NPs ont été mesurés par DRX pour déterminer la taille des cristallites et la pureté des nanoparticules. La taille de cristallinité des nanoparticules a été confirmée par analyse XRD, comme le montre la figure 5. Le spectre XRD des nanoparticules sèches était de haute pureté, des pics clairs et larges. Le motif XRD correspond bien à une structure wurtzite et au cristal moyen (diamètre). Par conséquent, les résultats de la caractérisation XRD permettent de conclure que la taille des nanoparticules a un rayon d'environ 50 ± 5 nm. Ces résultats sont conformes à ceux obtenus par Aboud et al32.

Modèle XRD de nanoparticules d'oxyde de titane (TiO2-NPs).

Le tableau 2 montre les activités antibactériennes des nanoparticules inorganiques, à savoir les nanoparticules d'argent (AgNPs) et les nanoparticules d'oxyde de titane (TiO2-NPs) contre quatre agents pathogènes d'origine alimentaire : Bacillus cereus, Salmonella Typhimurium, E. coli et Staphylococcus aureus. Nps (~ 10 nm) et TiO2-NPs (~ 50 nm) à 80 ppm étaient efficaces contre les agents pathogènes d'origine alimentaire, c'est-à-dire B. cereus, S. Typhimurium, E. coli 0157:H7 et S. aureus, à 20 et 40 ppm respectivement. Ces résultats sont en accord partiel avec ceux indiqués par Khezerlou et al33 et Ejaz et al34. De plus, les AgNPs à 80 ppm étaient plus efficaces contre B.Cereus et E. Coli ces résultats concordent avec les données rapportées par Nanda et Saravanan35. De plus, les TiO2-NPs à 80 ppm étaient plus actifs contre B.cereus et S. Typhimurium. Ces résultats étaient similaires à ceux obtenus par Martinez-Gutierrez et al36. Les AgNPs et les TiO2-NPs incorporaient des films composites ont démontré une forte activité antibactérienne contre les bactéries pathogènes d'origine alimentaire Gram-positives et Gram-négatives.

La figure 6 montre les activités antibactériennes des nanoparticules d'argent (Ag-NPs) et des nanoparticules d'oxyde de titane (TiO2-NPs) à différentes concentrations 20, 40 et 80 ppm contre S. Typhimurium. Les résultats étaient à une concentration de 80 ppm pour (Ag-NPs) et (Tio2-NPs) plus de valeur que 20 et 40 ppm, le diamètre de la zone d'inhibition était de 8 et 10 mm, respectivement, dans la Fig. 7 montre que les activités antibactériennes de nanoparticules d'argent (Ag-NPs) et de nanoparticules d'oxyde de titane (TiO2 -NPs) à différentes concentrations 20, 40 et 80 ppm contre E. coli. Les résultats étaient à une concentration de 80 ppm pour (Ag-NPs) et (Tio2 -NPs) plus de valeur que 20 et 40 ppm, le diamètre de la zone d'inhibition était de 10 et 9 mm, respectivement, dans la Fig. 8 montre les activités antibactériennes de nanoparticules d'argent (Ag-NPs) et nanoparticules d'oxyde de titane (TiO2-NPs) à différentes concentrations 20, 40 et 80 ppm contre S.aureus. Les résultats étaient à une concentration de 80 ppm pour (Ag-NPs) et (TiO2 -NPs) plus de valeur que 20 et 40 ppm, le diamètre de la zone d'inhibition était de 8 et 8 mm, respectivement, et dans la Fig. 9 montre les activités antibactériennes de nanoparticules d'argent (Ag-NPs) et de nanoparticules d'oxyde de titane (TiO2-NPs) agent à des concentrations de 20, 40 et 80 ppm contre B.cereus. Les résultats étaient à une concentration de 80 ppm pour (Ag-NPs) et (TiO2-NPs) plus de valeur que 20 et 40 ppm, le diamètre de la zone d'inhibition était de 9 et 11 mm, respectivement.

Activités antibactériennes des nanoparticules à différentes concentrations contre S. Typhimurium.

Activités antibactériennes des nanoparticules à différentes concentrations contre E. coli.

Activités antibactériennes des nanoparticules à différentes concentrations contre S. aureus.

Activités antibactériennes des nanoparticules à différentes concentrations contre B. cereus.

L'épaisseur moyenne des films bio-composites a été testée (HMPC, HMPC renforcé avec des AgNPs et HMPC renforcé avec des TiO2NPs). Comme le montre le tableau 3, les valeurs des résultats du film témoin (HMPC), HMPC-AgNPs et HMPC-TiO2NPs étaient respectivement de 0,30, 0,19 et 0,12 µm.

Les propriétés mécaniques telles que la résistance à la traction, l'allongement et le module d'élasticité de Young ont été évaluées. Comme le montre le tableau 4, les valeurs de traction du film HPMC renforcé avec Ag NPs et TiO2-NPs étaient supérieures à celles de la résistance à la traction des films HPMC sans nanoparticule (contrôle), les valeurs des résultats étaient de 39,24, 143,87 et 157,92 MPa, respectivement, pour HMPC , HMPC renforcé avec AgNPs et HMPC renforcé avec TiO2NPs. D'autre part, l'allongement a été testé, les résultats obtenus que, le film HPMC renforcé avec Ag NPs et TiO2-NPs ont une valeur d'allongement plus élevée par rapport aux films HPMC sans nanoparticule (témoin), les valeurs des résultats étaient 2, 35 et 42 %, respectivement, pour HMPC, HMPC renforcé avec AgNPs et HMPC renforcé avec TiO2NPs. De plus, le module élastique de Young a été évalué, les résultats montrent que les films HPMC renforcés avec des NPs Ag et des NPs TiO2 ont des valeurs inférieures à celles des films HPMC sans nanoparticules (témoin). Les valeurs d'allongement étaient respectivement de 19,62, 4,11 et 3,76 MPa. Cela est dû à (a) la capacité des nanoparticules à remplir les pores entre les structures de film HPMC. (b) La perméabilité à l'eau s'évapore lors de la formation du film (c) Par conséquent, la surface accrue renforce l'épaisseur du film (d) et sa biodégradabilité. Ces résultats sont en accord avec ceux obtenus par Martinez-Gutierrez et al36, Jiménez et al37, Silva-Weiss et al38, Ahmadi et al39, Osorio et al40 et Sievens-Figueroa et al41.

Les propriétés mécaniques telles que la traction, l'allongement et le module d'élasticité de Young ont été évaluées à l'aide d'une analyse de texture. Dans la figure 10 montre la courbe de texture du film HPMC (témoin), la figure 11 une analyse de texture montre la courbe de texture des HPMC-AgNPs, et la figure 12 une analyse de texture montre la courbe de texture des HPMC-TiO2 NPs.

Courbe de texture du film HPMC (témoin).

Courbe de texture du film HPMC renforcé avec AgNPs.

Courbe de texture du film HPMC renforcé de TiO2-NPs.

Les figures 13, 14 et 15 montrent la relation entre le gain de poids et le temps pour calculer la pente (C) par régression linéaire (Y) et le coefficient de corrélation (r2) qui est utilisé pour déterminer le WVP transféré à travers le film a été déterminé en mesurant le gain de poids. Comme le montre le tableau 5, la pente des films bio-composites qui est utilisée pour déterminer la perméabilité à l'eau des films bio-composites renforcés de nanoparticules.

Graphique du film HMPC.

Graphique du film HMPC renforcé avec Ag NPs.

Graphique du film HMPC renforcé avec des NP de TiO2.

Le tableau 6 montre la moyenne du gain de poids avec le temps pour déterminer la WVP des films bio-composites. Les résultats du WVP ont montré que les films HPMC renforcés avec des NP d'Ag et des NP de TiO2 avaient moins de valeur que ceux des films HPMC sans nanoparticule (témoin), les valeurs des résultats étaient de 0,5076 × 10–3 et 0,4596 × 10–3, et 0,4504 × 10 –3 (g/msPa), respectivement. Ces données reviennent à (a) l'épaisseur du film. (b) La capacité des nanoparticules à remplir les pores entre la structure des films HPMC. ( c ) Diffusion HPMC avec différentes nanoparticules et forme une structure homogénéisée37. La valeur de l'épaisseur du film (x) du témoin HMPC était de 0,164 µm. Les valeurs d'épaisseur des films comestibles renforcés avec AgNPs et TiO2NPs étaient respectivement de 0,1855 et 0,1455 µm. Ces résultats sont en accord avec ceux obtenus par Jiménez et al37, Silva-Weiss et al38, Ahmadi et al39, Osorio et al40 et Sievens-Figueroa et al41.

Le tableau 7 montre la transparence du film bio-composite à base de film HPMC renforcé avec des nanoparticules de NPs d'Ag et de TiO2-NPs par rapport au HPMC seul. On a pu voir que le pic de lumière visible (VL) à différentes longueurs d'onde 395, 430 et 550 nm variait de 45 à 63% pour le film HPMC renforcé avec des films de nanoparticules Ag NPs et TiO2-NPs, qu'il variait de 58 à 73% pour Contrôle HPMC. Cela est dû à la différence de couleur des films renforcés de nanoparticules42.

Le film bio-composite à base d'Hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) a été préparé avec des concentrations d'AgNPs et de TiO2-NPs par la méthode de coulée. Les résultats ont montré que certaines propriétés du bio-composite étaient affectées par la teneur en AgNPs et TiO2-NPs. Les AgNPs et les TiO2-NPs ont entraîné une amélioration de la WVP des bio-composites. La transparence du film témoin était plus importante que celle du film HMPC renforcé de différents échantillons de nanoparticules. La résistance mécanique du film a augmenté après la formation du composite avec AgNPs et TiO2 NPs. Cependant, l'ajout de nanoparticules a entraîné une augmentation des valeurs d'allongement à la rupture. Les films biocomposites renforcés avec des AgNPs et des TiO2-NPs incorporés ont démontré une forte activité antibactérienne contre les bactéries pathogènes d'origine alimentaire Gram-positives et Gram-négatives. Les AgNPs et TiO2-NPs ajoutés au film HMPC peuvent être utilisés comme nouveaux matériaux actifs d'emballage alimentaire pour prolonger la durée de conservation des aliments pendant le stockage. Cependant, d'autres études sont nécessaires pour déterminer la toxicité potentielle des nanomatériaux libérés de la matrice biopolymère et leur migration vers les aliments.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Surface en coupe transversale de l'échantillon de film

Nanoparticules d'argent

Pente de la prise de poids du plat

Taille des cristallites

Élongation

Module d'élasticité de Young

Charge maximale nécessaire pour séparer l'échantillon

Hydroxypropylméthylcellulose

Allongement du film à ce moment de rupture et

Longueur de préhension initiale de l'échantillon

Teneur en humidité

Les espèces réactives de l'oxygène

Matière soluble

Nanoparticules d'oxyde de titane

Résistance à la traction

Perméabilité à la vapeur d'eau

Épaisseur du film

Différence de pression de vapeur d'eau à travers le film

Longueur d'onde des rayons X

Pleine largeur au maximum du pic

Angle central du pic de diffraction

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Son travail est entièrement parrainé par le Centre de soutien et de développement de la recherche scientifique de l'Université de Benha. Nous tenons également à exprimer notre gratitude à l'Académie arabe des sciences et de la technologie et des transports maritimes du Caire, en Égypte.

Financement en libre accès fourni par The Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) en coopération avec The Egyptian Knowledge Bank (EKB). Cette recherche a été soutenue par le Support and Development of Scientific Research Center, Benha University, Egypt. Nous tenons également à exprimer notre gratitude à l'Académie arabe des sciences et de la technologie et des transports maritimes du Caire, en Égypte.

Département de génie agricole et des biosystèmes, Faculté d'agriculture, Université de Benha, PO Box 13736, Moshtohor, Toukh, Kalubia, Égypte

El-Sayed Khater, Adel Bahnasawy et Basma Abu Gabal

Département des sciences fondamentales et appliquées, Collège d'ingénierie et de technologie, Académie arabe des sciences et de la technologie et des transports maritimes (AASTMT), PO Box 2033, Le Caire, Égypte

Wael Abbas et Oussama Morsi

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ES., AB, BAG, WA et OM : enquête, ressources, rédaction—préparation de l'ébauche originale, rédaction—révision et édition.

Correspondance à El-Sayed Khater.

Les auteurs ne déclarent aucun conflit d'intérêt. Les bailleurs de fonds n'ont joué aucun rôle dans la conception de l'étude; dans la collecte, l'analyse ou l'interprétation des données ; dans la rédaction du manuscrit et dans la décision de publier les résultats.

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Réimpressions et autorisations

Khater, ES., Bahnasawy, A., Gabal, BA et al. Effet de l'ajout de nanomatériaux sur les propriétés des films comestibles d'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC). Sci Rep 13, 5063 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32218-y

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Reçu : 17 octobre 2022

Accepté : 24 mars 2023

Publié: 28 mars 2023

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

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