Antimicrobial Effect of Biopolymer Packaging Materials with Silver Nanoparticles for Food Storage
Food quality and safety issues are among the most pressing and important for manufacturers, retailers, and end consumers. However, the development of pathogenic microorganisms in such products not only reduces their shelf life but also causes the development of infectious diseases in consumers. Ther...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , , , , , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine
2024
|
| Онлайн доступ: | https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/264 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Microbiological Journal |
Репозитарії
Microbiological Journal| id |
oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-264 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Microbiological Journal |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-01-09T09:23:14Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic_facet |
polylactide polycaprolactone silver-containing nanocomposites antimicrobial activity полілактид полікапролактон срібловмісні нанокомпозити антимікробна активність |
| format |
Article |
| author |
Rybalchenko, N.P. Demchenko, V.L. Hnatiuk, T.T. Vasyliuk, О.M. Iurzhenko, M.V. Rybalchenko, T.V. Sytnyk , I.O. Shtepa, D.V. Marynin, A.I. Рибальченко, Н.П. Демченко, В.Л. Гнатюк, Т.Т. Василюк, О.M. Юрженко, М.В. Рибальченко, Т.В. Ситник, І.О. Штепа, Д.В. Маринін, А.І. |
| spellingShingle |
Rybalchenko, N.P. Demchenko, V.L. Hnatiuk, T.T. Vasyliuk, О.M. Iurzhenko, M.V. Rybalchenko, T.V. Sytnyk , I.O. Shtepa, D.V. Marynin, A.I. Рибальченко, Н.П. Демченко, В.Л. Гнатюк, Т.Т. Василюк, О.M. Юрженко, М.В. Рибальченко, Т.В. Ситник, І.О. Штепа, Д.В. Маринін, А.І. Antimicrobial Effect of Biopolymer Packaging Materials with Silver Nanoparticles for Food Storage |
| author_facet |
Rybalchenko, N.P. Demchenko, V.L. Hnatiuk, T.T. Vasyliuk, О.M. Iurzhenko, M.V. Rybalchenko, T.V. Sytnyk , I.O. Shtepa, D.V. Marynin, A.I. Рибальченко, Н.П. Демченко, В.Л. Гнатюк, Т.Т. Василюк, О.M. Юрженко, М.В. Рибальченко, Т.В. Ситник, І.О. Штепа, Д.В. Маринін, А.І. |
| author_sort |
Rybalchenko, N.P. |
| title |
Antimicrobial Effect of Biopolymer Packaging Materials with Silver Nanoparticles for Food Storage |
| title_short |
Antimicrobial Effect of Biopolymer Packaging Materials with Silver Nanoparticles for Food Storage |
| title_full |
Antimicrobial Effect of Biopolymer Packaging Materials with Silver Nanoparticles for Food Storage |
| title_fullStr |
Antimicrobial Effect of Biopolymer Packaging Materials with Silver Nanoparticles for Food Storage |
| title_full_unstemmed |
Antimicrobial Effect of Biopolymer Packaging Materials with Silver Nanoparticles for Food Storage |
| title_sort |
antimicrobial effect of biopolymer packaging materials with silver nanoparticles for food storage |
| title_alt |
Антимікробна дія пакувальних біополімерних матеріалів з наночастинками срібла для зберігання харчових продуктів |
| description |
Food quality and safety issues are among the most pressing and important for manufacturers, retailers, and end consumers. However, the development of pathogenic microorganisms in such products not only reduces their shelf life but also causes the development of infectious diseases in consumers. Therefore, there is currently an urgent need to find new packaging materials with antimicrobial effects that are non-toxic to humans, food, and the environment. The aim of this article is to study the antimicrobial activity of silver-containing nanocomposites formed based on polylactide (PLA) and polycaprolactone (PCL) with silver nanoparticles by sputtering deposition. Methods. The structure of silver-containing nanocomposites were investigated by the method of wide-angle X-ray diffraction on an XRD-7000 diffractometer. The morphology of Ag nanoparticles on the surface of the films was studied by transmission electron microscopy method. The antimicrobial activity of silver-containing nanocomposites was determined by agar diffusion assays against opportunistic pathogens S. aureus, E. coli, P. aeruginosa, and C. albicans. The study of the impact of packaging biopolymer materials with silver nanoparticles on the total number of mesophilic aerobic and facultatively anaerobic microorganisms, bacteria of the Escherichia coli group, mold and yeasts in food products, were studied by DSTU for 30 days. Results. The presence of metallic silver on the PLA-PCL film surface was confirmed by wide-angle X-ray diffraction. This is indicated by the presence of two low-intensity maxima at 2θm ~ 380 and 440 in the diffractograms of the samples. These maxima correspond to the crystallographic planes of the face-centered cubic lattice of silver, are characterized by indices (111) and (200), respectively, and confirm the presence of metallic silver on the surface of the polylactide-polycaprolactone film. The analysis of the micrographs of the nanocomposites showed that when silver nanoparticles were sputtered on the surface of the PLA-PCL polymer matrix, a layer with a thickness of about 425 nm was formed. It was found that the prepared biopolymer packaging materials PLA and PLA-PCL with Ag nanoparticles sputtered for 3 and 5 min showed antimicrobial activity against S. aureus and E. coli and were inactive against B. subtilis and P. aeruginosa. Packaging bakery products in biopolymer films helps reduce the loss of crumb moisture during storage, slows down the loss of hydrophilic properties, and reduces fragility, which helps extend the shelf life of fresh bread. The moisture content in packaged pumpkin seeds remained stable for two months at the control level. It was found that in wheat bread (for 7 days) and pumpkin seeds (for 30 days), packaged using all types of packaging material PLA-PCL, PLA-PCL-Ag, and conventional PA/PE vacuum film throughout the experiment, no quantitative changes in MAFAnM microorganisms, yeasts, and molds were observed. Studies of the antimicrobial effect of the biopolymer packaging material PLA-PCL-Ag have demonstrated the quality and safety of the films produced, as the calculated values of the total number of microorganisms, yeast and molds, in particular, meet the standards of DSTU. Conclusions. The data obtained suggest that the formed biopolymer packaging materials have antimicrobial properties and are promising for use in the food industry for food packaging, which can extend the shelf life of various product groups without alteration in quality and safety indicators. |
| publisher |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/264 |
| work_keys_str_mv |
AT rybalchenkonp antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT demchenkovl antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT hnatiuktt antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT vasyliukom antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT iurzhenkomv antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT rybalchenkotv antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT sytnykio antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT shtepadv antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT maryninai antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT ribalʹčenkonp antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT demčenkovl antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT gnatûktt antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT vasilûkom antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT ûrženkomv antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT ribalʹčenkotv antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT sitnikío antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT štepadv antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT marinínaí antimicrobialeffectofbiopolymerpackagingmaterialswithsilvernanoparticlesforfoodstorage AT rybalchenkonp antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT demchenkovl antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT hnatiuktt antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT vasyliukom antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT iurzhenkomv antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT rybalchenkotv antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT sytnykio antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT shtepadv antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT maryninai antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT ribalʹčenkonp antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT demčenkovl antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT gnatûktt antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT vasilûkom antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT ûrženkomv antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT ribalʹčenkotv antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT sitnikío antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT štepadv antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív AT marinínaí antimíkrobnadíâpakuvalʹnihbíopolímernihmateríalívznanočastinkamisríbladlâzberígannâharčovihproduktív |
| first_indexed |
2025-07-17T12:21:58Z |
| last_indexed |
2025-07-17T12:21:58Z |
| _version_ |
1850410886909394944 |
| spelling |
oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-2642025-01-09T09:23:14Z Antimicrobial Effect of Biopolymer Packaging Materials with Silver Nanoparticles for Food Storage Антимікробна дія пакувальних біополімерних матеріалів з наночастинками срібла для зберігання харчових продуктів Rybalchenko, N.P. Demchenko, V.L. Hnatiuk, T.T. Vasyliuk, О.M. Iurzhenko, M.V. Rybalchenko, T.V. Sytnyk , I.O. Shtepa, D.V. Marynin, A.I. Рибальченко, Н.П. Демченко, В.Л. Гнатюк, Т.Т. Василюк, О.M. Юрженко, М.В. Рибальченко, Т.В. Ситник, І.О. Штепа, Д.В. Маринін, А.І. polylactide polycaprolactone silver-containing nanocomposites antimicrobial activity полілактид полікапролактон срібловмісні нанокомпозити антимікробна активність Food quality and safety issues are among the most pressing and important for manufacturers, retailers, and end consumers. However, the development of pathogenic microorganisms in such products not only reduces their shelf life but also causes the development of infectious diseases in consumers. Therefore, there is currently an urgent need to find new packaging materials with antimicrobial effects that are non-toxic to humans, food, and the environment. The aim of this article is to study the antimicrobial activity of silver-containing nanocomposites formed based on polylactide (PLA) and polycaprolactone (PCL) with silver nanoparticles by sputtering deposition. Methods. The structure of silver-containing nanocomposites were investigated by the method of wide-angle X-ray diffraction on an XRD-7000 diffractometer. The morphology of Ag nanoparticles on the surface of the films was studied by transmission electron microscopy method. The antimicrobial activity of silver-containing nanocomposites was determined by agar diffusion assays against opportunistic pathogens S. aureus, E. coli, P. aeruginosa, and C. albicans. The study of the impact of packaging biopolymer materials with silver nanoparticles on the total number of mesophilic aerobic and facultatively anaerobic microorganisms, bacteria of the Escherichia coli group, mold and yeasts in food products, were studied by DSTU for 30 days. Results. The presence of metallic silver on the PLA-PCL film surface was confirmed by wide-angle X-ray diffraction. This is indicated by the presence of two low-intensity maxima at 2θm ~ 380 and 440 in the diffractograms of the samples. These maxima correspond to the crystallographic planes of the face-centered cubic lattice of silver, are characterized by indices (111) and (200), respectively, and confirm the presence of metallic silver on the surface of the polylactide-polycaprolactone film. The analysis of the micrographs of the nanocomposites showed that when silver nanoparticles were sputtered on the surface of the PLA-PCL polymer matrix, a layer with a thickness of about 425 nm was formed. It was found that the prepared biopolymer packaging materials PLA and PLA-PCL with Ag nanoparticles sputtered for 3 and 5 min showed antimicrobial activity against S. aureus and E. coli and were inactive against B. subtilis and P. aeruginosa. Packaging bakery products in biopolymer films helps reduce the loss of crumb moisture during storage, slows down the loss of hydrophilic properties, and reduces fragility, which helps extend the shelf life of fresh bread. The moisture content in packaged pumpkin seeds remained stable for two months at the control level. It was found that in wheat bread (for 7 days) and pumpkin seeds (for 30 days), packaged using all types of packaging material PLA-PCL, PLA-PCL-Ag, and conventional PA/PE vacuum film throughout the experiment, no quantitative changes in MAFAnM microorganisms, yeasts, and molds were observed. Studies of the antimicrobial effect of the biopolymer packaging material PLA-PCL-Ag have demonstrated the quality and safety of the films produced, as the calculated values of the total number of microorganisms, yeast and molds, in particular, meet the standards of DSTU. Conclusions. The data obtained suggest that the formed biopolymer packaging materials have antimicrobial properties and are promising for use in the food industry for food packaging, which can extend the shelf life of various product groups without alteration in quality and safety indicators. Питання якості та безпечності харчових продуктів є одними з найбільш актуальних та важливих для працівників торговельних мереж та кінцевих споживачів. Однак розвиток патогенних мікроорганізмів у таких продуктах не лише зменшує їхній термін придатності, але й викликає розвиток інфекційних захворювань у споживачів. Тому наразі існує нагальна потреба в розробці нових пакувальних матеріалів з антимікробною дією, які є не токсичними для людини, харчових продуктів та довкілля. Метою роботи було дослідити антимікробну активність срібловмісних нанокомпозитів, сформованих на основі полілактиду (ПЛА) та полікапролактону (ПКЛ) з наночастинками срібла методом напилення. Методи. Структуру срібловмісних нанокомпозитів досліджували методом ширококутного рентгенівського розсіювання на дифрактометрі XRD-7000. Морфологію наночастинок Ag на поверхні плівок вивчали методом трансмісійної електронної мікроскопії. Антимікробну активність срібловмісних нанокомпозитів щодо умовно-патогенних мікроорганізмів S. aureus, E. coli, P. aeruginosa та C. albicans визначали диско-дифузійним методом. Дослідження впливу пакувальних біополімерних матеріалів з наночастинками срібла на загальну кількість мезофільних аеробних і факультативно анаеробних мікроорганізмів, бактерій групи кишкової палички, плісеневих грибів та дріжджів у харчових продуктах проводили згідно з ДСТУ впродовж 30 діб. Результати. Методом ширококутової рентгенографії було підтверджено наявність металічного срібла на поверхні плівки ПЛA-ПКЛ наявністю на дифрактограмах зразків двох малоінтенсивних максимумів при 2θm ~ 380 і 440, що відповідають кристалографічним площинам гранецентрованої кубічної ґратки срібла, характеризуються індексами відповідно (111) і (200). Аналіз мікрофотографій нанокомпозитів показав, що при напиленні наночастинок срібла на поверхню полімерної матриці ПЛA-ПКЛ утворюється шар товщиною ~425 нм. Встановлено, що розроблені біополімерні пакувальні матеріали ПЛА та ПЛA-ПКЛ з наночастинками Ag, напилених протягом 3 та 5 хв, демонстрували антимікробний ефект щодо S. aureus та E. coli і були неактивними щодо B. subtilis та P. aeruginosa. Пакування в ці плівки хлібобулочних виробів сприяє меншій втраті вологи м’якушки в процесі зберігання, сповільненню втрати гідрофільних властивостей та зменшенню крихкості, що подовжує термін зберігання свіжості хліба. Стабільність вологості насіння гарбуза в такій упаковці зберігалася протягом двох місяців на рівні контролю. Встановлено, що у хлібі пшеничному (протягом 7 діб), та в гарбузовому насінні (протягом 30 діб), при використанні всіх типів пакувального матеріалу ПЛA-ПКЛ, ПЛA-ПКЛ-Ag та звичайної вакуумної плівки ПА/ПЕ впродовж всього експерименту, кількісних змін мікроорганізмів МАФАМ, дріжджів і плісеневих грибів не спостерігалось. Дослідження антимікробної дії біополімерного пакувального матеріалу ПЛA-ПКЛ-Ag продемонстрували якість та безпечність створених плівок, адже розраховані показники як загальної кількості мікроорганізмів, так і окремо дріжджів та плісеневих грибів відповідають нормам ДСТУ. Висновки. Отримані дані дозволяють стверджувати, що розроблені біополімерні пакувальні матеріали характеризуються антимікробними властивостями та є перспективними для застосування в харчовій промисловості для пакування харчових продуктів, що дозволить збільшувати термін зберігання різних груп продуктів без зміни показників якості та безпечності. PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine 2024-12-23 Article Article application/pdf https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/264 10.15407/microbiolj86.06.030 Mikrobiolohichnyi Zhurnal; Vol. 86 No. 6 (2024): Mikrobiolohichnyi Zhurnal; 30-41 Мікробіологічний журнал; Том 86 № 6 (2024): Мікробіологічний журнал; 30-41 2616-9258 1028-0987 10.15407/microbiolj86.06 en https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/264/98 Copyright (c) 2024 Mikrobiolohichnyi Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |