سنتز سبز نانوذرات اکسید روی با استفاده از عصاره بره‌موم و استفاده از آن در تهیه فیلم زیست‌تخریب‌پذیر فعال بر پایه ایزوله پروتئین آب پنیر

مجله پژوهشهای علوم و صنایع غذایی ایران

دوره 21، شماره 5 - شماره پیاپی 95، آذر و دی 1404، صفحه 511-527   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ifstrj.2025.95130.1470

نویسندگان

بهنوش ایمانی¹؛ هادی الماسی^{* 1}؛ میرخلیل پیروزی فرد¹؛ هیمن نوربخش²

¹گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

²گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

چکیده

این مطالعه با هدف سنتز سبز نانوذرات اکسید روی با استفاده از عصاره برموم و امواج فراصوت و کاربرد آن‌ها در فیلم ایزوله پروتئین آب پنیر انجام شد. نتایج مربوط به FTIR نانوذرات کاهش شدت یا حذف برخی باندهای موجود در عصاره بره‌موم را نشان داد که بیانگر شرکت این گروه‌های عاملی در فرآیند احیای یون‌های روی و پوشش‌دهی سطحی نانوذرات بود. مورفولوژی نانوذرات نیز نشان داد نمونه‌هایی که با فراصوت سنتز شده بودند مورفولوژی همگن­تری نسبت به حالت بدون فراصوت داشتند. نانوذره اکسید روی سنتز شده در غلظت 0.25 مولار نیترات روی با فراصوت به‌دلیل تراکم مناسب، شکل منظم و توزیع یکنواخت ذرات، به‌عنوان نمونه برتر انتخاب شد. این نمونه همراه با نانوذره اکسید روی سنتز شده با غلظت 0.25 مولار نیترات روی اما بدون استفاده از فراصوت به‌منظور مقایسه عملکرد آن‌ها در غلظت‌های 3، 5 و 7 درصد به فیلم ایزوله پروتئین آب پنیر اضافه و ویژگی‌های آن‌ها در مقایسه با فیلم شاهد ایزوله پروتئین آب پنیر مورد مطالعه قرارگرفت. نتایج مربوط به فیلم‌ها نشان داد که با افزایش درصد نانوذرات، درصد حلالیت و میزان نفوذپذیری به بخار آب کاهش و خاصیت آنتی‌اکسیدانی، مقاومت به کشش، ازدیاد طول و مدول یانگ به‌طور معنی‌داری افزایش یافت (0.05 >p). این افزایش در نمونه‌های حاوی نانوذرات اکسید روی سنتز شده با فراصوت بیشتر از نمونه‌های بدون فراصوت بود (0.05 >p). یافته‌های بررسی خاصیت ضدمیکروبی نیز حاکی از آن بود که باکتری گرم مثبت استافیلوکوکوس اورئوس حساسیت بیشتری به نانوذرات اکسید روی سنتز شده با عصاره بره‌موم نسبت به باکتری گرم منفی اشریشیا کلی داشت. به‌طور کلی نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از نانوذرات اکسید روی سنتز شده با عصاره بره‌موم با استفاده از فراصوت باعث بهبود خصوصیات فیزیکوشیمیایی و میکروبی فیلم ایزوله پروتئین آب پنیر می‌گردد و می‌توان از فیلم حاصل برای بسته‌بندی محصولات غذایی حساس به فساد میکروبی استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

سنتز سبز نانوذرات؛ عصاره بره‌موم؛ فیلم زیست‌تخریب‌پذیر؛ نانوذرات اکسید روی

مراجع

1. Adame, D., & Beall, G.W. (2009). Direct measurement of the constrained polymer region in polyamide/clay nanocomposites and the implications for gas diffusion. Applied Clay Science, 42(3-4), 545-552. https://doi.org/10.1016/j.clay.2008.03.005
2. Ahmed, S., Ahmad, M., Swami, B.L., & Ikram, S. (2016).Green synthesis of silver nanoparticles using Azadirachta indica aqueous leaf extract. Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 9(1), 1-7. https://doi.org/10.1016/j.jrras.2015.06.006
3. Almasi, H., Azizi, S., & Amjadi, S. (2020). Development and characterization of pectin films activated by nanoemulsion and Pickering emulsion stabilized marjoram (Origanum majorana ) essential oil. Food Hydrocolloids, 99, 105338. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.105338
4. Bandeira, M., Giovanela, M., Roesch-Ely, M., Devine, D.M., & da Silva Crespo, J. (2020). Green synthesis of zinc oxide nanoparticles: A review of the synthesis methodology and mechanism of formation. Sustainable Chemistry and Pharmacy, 15, 100223. https://doi.org/10.1016/j.scp.2020.100223
5. Dash, K.K., Ali, N.A., Das, D., & Mohanta, D. (2019). Thorough evaluation of sweet potato starch and lemon-waste pectin based-edible films with nano-titania inclusions for food packaging applications. International Journal of Biological Macromolecules, 139, 449-458. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac. 2019.07.193
6. Dwi Ajeng, P.D., Plashintania, D.R., Putri, R.M., Wibowo, I., Ramli, Y., & Herdianto, S. (2023). Synthesis of zinc oxide nanoparticles using methanol propolis extract (Pro-ZnO NPs) as antidiabetic and antioxidant. PLoS ONE, 18(7), e0289125. https://doi.org/10.1371/journal. pone.0289125
7. 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. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2010.09.011
8. Fernandes, F.F., Dias, A.L.T., Ramos, C.L., Ikegaki, M., Siqueira, A.M.D., & Franco, M.C. (2007). The" in vitro" antifungal activity evaluation of propolis G12 ethanol extract on Cryptococcus neoformans. Revista do Instituto de Medicina Tropical de São Paulo, 49, 93-95. https://doi.org/10.1590/S0036-46652007000200005
9. Ghadetaj, A., Almasi, H., & Mehryar, L. (2018). Development and characterization of whey protein isolate active films containing nanoemulsions of Grammosciadium ptrocarpum essential oil. Food Packaging and Shelf Life, 16, 31-40. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2018.01.012
10. Ghafoori Ahangar, Z., Pourashouri, P., Ojagh, S.M., & Shabanpour, B. (2018). The assessment of of bilayer agar-sodium caseinat film properties containing ZnO nanoparticles. Journal of Utilization and Cultivation of Aquatics, 7(2), 41-51. (In Persian with English abstract)
11. Ghanbarzadeh, B., Pezeshki Najafabadi, A., & Almasi, H. (2011). Antimicrobial edible films for food packaging. (In Persian with English abstract)
12. Ghramh, H.A., Khan, K.A., Ibrahim, E.H., & Ansari, M.J. (2019). Biogenic synthesis of silver nanoparticles using propolis extract, their characterization, and biological activities. Science of Advanced Materials, 11(6), 876-883. https://doi.org/10.1166/sam.2019.3571
13. Jafari, H., Pirouzifard, M., Khaledabad, M.A., & Almasi, H. (2016). Effect of chitin nanofiber on the morphological and physical properties of chitosan/silver nanoparticle bionanocomposite films. International Journal of Biological Macromolecules, 92, 461-466. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.07.051
14. Kanmani, P., & Rhim, J.-W. (2014). Properties and characterization of bionanocomposite films prepared with various biopolymers and ZnO nanoparticles. Carbohydrate Polymers, 106, 190-199. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.02.007
15. Li, H., Li, F., Wang, L., Sheng, J., Xin, Z., Zhao, L., Hu, Q. (2009). Effect of nano-packing on preservation quality of Chinese jujube (Ziziphus jujuba var. inermis (Bunge) Rehd). Food Chemistry, 114(2), 547-552. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.09.085
16. Li, X., Zhang, F., Ma, C., Deng, Y., Wang, Z., Elingarami, S., & He, N. (2012). Controllable synthesis of ZnO with various morphologies by hydrothermal method. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 12(3), 2028-2036. https://doi.org/10.1166/jnn.2012.5177
17. Manjamadha, V., & Muthukumar, K. (2016). Ultrasound assisted green synthesis of silver nanoparticles using weed plant. Bioprocess and Biosystems Engineering, 39(3), 401-411. https://doi.org/10.1007/s00449-015-1523-3
18. Marvizadeh, M.M., Mohammadi Nafchi, A., & Jokar, M. (2014). Improved physicochemical properties of tapioca starch/bovine gelatin biodegradable films with zinc oxide nanorod. Journal of Chemical Health Risks, 4(4), 25-31. (In Persian with English abstract). https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.02.067
19. Mocanu, A., Isopencu, G., Busuioc, C., Popa, -M., Dietrich, P., & Socaciu-Siebert, L. (2019). Bacterial cellulose films with ZnO nanoparticles and propolis extracts: Synergistic antimicrobial effect. Scientific Reports, 9(1), 17687. https://doi.org/10.1038/s41598-019-54118-w
20. Munoz, V.A., Ferrari, G.V., Sancho, M.I., & Montaña, M.P. (2016). Spectroscopic and thermodynamic study of chrysin and quercetin complexes with Cu (II). Journal of Chemical & Engineering Data, 61(2), 987-995. https://doi.org/10.1021/acs.jced.5b00837
21. Nabavi, M., Esmaiili, M., & Ghaitaranpour, A. (2025). Lallemantia royleana seed mucilage-based active edible films: The effects of zinc oxide nanoparticles and zoulang plant’s essential oil. Journal of Food Science & Technology (2008-8787), 21(160). (In Persian with English abstract). https://doi.org/10.22034/FSCT.22.160.110
22. Nafchi, A.M., Mahmud, S., & Robal, M. (2012). Antimicrobial, rheological, and physicochemical properties of sago starch films filled with nanorod-rich zinc oxide. Journal of Food Engineering, 113(4), 511-519. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2012.07.017
23. Ojagh, S.M., Adeli, A., Abdollahi, M., Kazemi, M., & Habibi, M. (2017). Effect of ZnO nanoparticles on the physico-mechanical properties of agar/kappa carrageenan bilayer film. Innovative Food Technologies, 5(1), 13-23. (In Persian with English abstract). https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.03.011
24. Osman, M.S., Al-qubati, M., Saeed, M., Abdulqawi, N., Algradee, M.A., Alwan, A., & Sultan, A.M. (2023). Effective inhibition of waterborne and fungal pathogens using ZnO nanoparticles prepared from an aqueous extract of propolis: Optimum biosynthesis, characterization, and antimicrobial activity. Applied Nanoscience, 13(6), 4515-4526. https://doi.org/10.1007/s13204-022-02726-w
25. PP, V. (2020). In vitro biocompatibility and antimicrobial activities of zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) prepared by chemical and green synthetic route—a comparative study. BioNanoScience, 10(1), 112-121. https://doi.org/10.1007/s12668-019-00698-w
26. Rafiee, B., Ghani, S., Sadeghi, D., & Ahsani, M. (2018). Green synthesis of zinc oxide nanoparticles using eucalyptus mellidora leaf extract and evaluation of its antimicrobial effects. Journal of Babol University of Medical Sciences, 20(10), 28-35. (In Persian with English abstract)
27. Rajakumar, G., Thiruvengadam, M., Mydhili, G., Gomathi, T., & Chung, I.-M. (2018). Green approach for synthesis of zinc oxide nanoparticles from Andrographis paniculata leaf extract and evaluation of their antioxidant, anti-diabetic, and anti-inflammatory activities. Bioprocess and Biosystems Engineering, 41, 21-30. https://doi.org/10.1007/s00449-017-1840-9
28. Rešček, A., Kratofil Krehula, L., Katančić, Z., & Hrnjak-Murgić, Z. (2015). Active bilayer PE/PCL films for food packaging modified with zinc oxide and casein. Croatica Chemica Acta, 88(4), 461-473. https://doi.org/10.5562/cca2768
29. Rezaei, M., Pirsa, S., & Chavoshizadeh, S. (2020). Photocatalytic/antimicrobial active film based on wheat gluten/ZnO nanoparticles. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 30(7), 2654-2665. https://doi.org/10.1007/s10904-019-01407-6
30. Sabet, B.J.P., Mahdavi-Ourtakand, M., & Baghbani-Arani, F. (2022). Green synthesis of zinc oxide nanoparticles by Zataria multiflora extract and evaluation of its antimicrobial, cytotoxic and apoptotic effects on HT-29 cell line. (In Persian with English abstract). https://doi.org/10.1007/s42247-022-00413-8
31. Saha, S.K., Chowdhury, P., Saini, P., & Babu, S.P.S. (2014). Ultrasound assisted green synthesis of poly (vinyl alcohol) capped silver nanoparticles for the study of its antifilarial efficacy. Applied Surface Science, 288, 625-632. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.10.085
32. Salama, S.A., Essam, D., Tagyan, A.I., Farghali, A.A., Khalil, E.M., Abdelaleim, Y.F., Eweis, A.A. (2024). Novel composite of nano zinc oxide and nano propolis as antibiotic for antibiotic-resistant bacteria: a promising approach. Scientific Reports, 14(1), 20894. https://doi.org/10.1038/s41598-024-70490-8
33. Sanaeimehr, Z., Javadi, I., & Namvar, F. (2018). Antiangiogenic and antiapoptotic effects of green-synthesized zinc oxide nanoparticles using Sargassum muticum algae extraction. Cancer Nanotechnology, 9(1), 3. https://doi.org/10.1186/s12645-018-0037-5
34. Shah, M., Fawcett, D., Sharma, S., Tripathy, S.K., & Poinern, G.E.J. (2015). Green synthesis of metallic nanoparticles via biological entities. Materials, 8(11), 7278-7308. https://doi.org/10.3390/ma8115377
35. Shahab-Navaei, F., & Asoodeh, A. (2023). Synthesis of optimized propolis solid lipid nanoparticles with desirable antimicrobial, antioxidant, and anti-cancer properties. Scientific Reports, 13(1), 18290. https://doi.org/10.1038/s41598-023-45768-y
36. Shankar, S.S., Rai, A., Ahmad, A., & Sastry, M. (2004). Rapid synthesis of Au, Ag, and bimetallic Au core–Ag shell nanoparticles using Neem (Azadirachta indica) leaf broth. Journal of Colloid and Interface Science, 275(2), 496-502. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.03.003
37. Sharma, N., Jandaik, S., & Kumar, S. (2016). Synergistic activity of doped zinc oxide nanoparticles with antibiotics: ciprofloxacin, ampicillin, fluconazole and amphotericin B against pathogenic microorganisms. Anais da Academia Brasileira de Ciências, 88(3 Suppl), 1689-1698. https://doi.org/10.1590/0001-3765201620150713
38. Sherafatkhah Azari, S., Alizadeh, A., Asefi, N., & Hamishehkar, H. (2021). Investigation the effect of ZnO and β-glucan on chemical and microbial characteristic of gelatin based biodegradable film over storage of chicken fillet. Journal of Food Science and Technology (Iran), 18(114), 169-180. (In Persian with English abstract). https://org/10.52547/fsct.18.114.169
39. Soleimani-Gorgani, A., & Alborz, R. (2020). Green synthesis of nanoparticles for using as antibacterial materials. Journal of Biosafety, 13(1), 23-44. (In Persian). DOR: 20.1001.1.27170632.1399.13.1.3.3
40. Sulaiman, A.Z., Ajit, A., Yunus, R.M., & Chisti, Y. (2011). Ultrasound-assisted fermentation enhances bioethanol productivity. Biochemical Engineering Journal, 54(3), 141-150. https://doi.org/10.1016/j.bej. 2011.01.006
41. Taherian, S.M.R., Hosseini, S.A., Jafari, A., & Etminan, A. (2019). The green synthesis and characterization of Zinc Oxide nanoparticles from the leaf extracts of Satureja hortensis. Herbal Medicines Journal, 3(4), 147-153. https://doi.org/10.4194/1303-2712-v20_6_06
42. Tunç, S., & Duman, O. (2010). Preparation and characterization of biodegradable methyl cellulose/montmorillonite nanocomposite films. Applied Clay Science, 48(3), 414-424. https://doi.org/10.1016/j.clay.2010.01.016
43. Yu, J., Yang, J., Liu, B., & Ma, X. (2009). Preparation and characterization of glycerol plasticized-pea starch/ZnO–carboxymethylcellulose sodium nanocomposites. Bioresource Technology, 100(11), 2832-2841. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.12.045
44. Zhang, L., Jiang, Y., Ding, Y., Daskalakis, N., Jeuken, L., Povey, M., York, D.W. (2010). Mechanistic investigation into antibacterial behaviour of suspensions of ZnO nanoparticles against coli. Journal of Nanoparticle Research, 12(5), 1625-1636. https://doi.org/10.1007/s11051-009-9711-1
45. Zhang, L., Jiang, Y., Ding, Y., Povey, M., & York, D. (2007). Investigation into the antibacterial behaviour of suspensions of ZnO nanoparticles (ZnO nanofluids). Journal of Nanoparticle Research, 9, 479-489. https://doi.org/10.1007/s11051-006-9150-1