ارزیابی فعالیت ضدمیکروبی و ویژگی های نانوالیاف ژلاتین حاوی اسانس اسطوخودوس

نویسندگان
احسان صادقی حمزه خانی 1
محمد علی نجفی 2
محمد امین میری 3
سارا نجفی قاقلستانی 1
1 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل
2 دانشیار گروه علوم و صنایع غذایی-دانشگاه زابل
3 استادیار گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل،
10.22034/FSCT.21.146.82
چکیده
اسانس گیاه اسطوخودوس کاربردهای گسترده­ای در صنایع آرایشی، غذایی و دارویی دارد. در این پژوهش برای نخستین بار، ریزپوشانی اسانس اسطوخودوس توسط زیست بسپار ژلاتین به روش الکتروریسی انجام شد. در ابتدا ترکیبات شیمیایی اسانس اسطوخودوس به کمک گازکروماتوگرافی متصل به طیف سنج جرمی (GC-MS) شناسایی و سپس در غلظت­های صفر، 5/2، 0/5 و v/v 0/10% به محلول الکتروریسی اضافه گردید. نانوالیاف تهیه شده با استفاده از آزمون­های تصویربرداری الکترونی روبشی (SEM)، تعیین ضخامت (Image J)، پراش اشعه ایکس، خواص مکانیکی و راندمان بارگذاری اسانس مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین خواص ضدباکتریایی نانوالیاف در برابر باکتری­هایStaphylococcus aureus ، Bacillus cereus ، Escherichia coli و Salmonella typhimurium به روش انتشار دیسک بررسی گردیدند. مهمترین ترکیبات اسانس اسطوخودوس اجزاء لینالول (21/35 درصد) و لینالیل استات (47/26 درصد) بودند. تمامی نانوالیاف دارای شکل یکنواخت و پیوسته بودند. با افزایش غلظت اسانس در محلول الکتروریسی ضخامت (nm 3/705 - 5/431) و محتویات اسانس (6/14-7/4%) نانوالیاف افزایش یافت. اسانس اسطوخودوس تاثیری بر ایجاد ساختار کریستالی در نانوالیاف نداشت، اما باعث کاهش شدید مقادیر مدول یانگ و سختی گردید. نمونه نانوالیاف حاوی 10% اسانس اسطوخودوس بیشترین سختی، مدول یانگ و کشش­پذیری ثبت نمود. ارزیابی فعالیت ضدباکتریایی نشان داد نمونه­های نانوالیاف حاوی اسانس­ دارای فعالیت ضدباکتریایی در برابر تمامی باکتری­های هدف بودند. بیشترین تاثیرگذاری توسط نانوالیاف ژلاتین + اسانس (10%) در برابرS.aureus و B. cereus بدست آمد. با توجه به نتایج پژوهش حاضر احتمالا بتوان نانوالیاف ژلاتین حاوی اسانس اسطوخودوس را جهت بسته­بندی فعال مواد غذایی بکاربرد. بیان نتیجه قطعی مستلزم انجام آزمایشات بالینی و در محیط واقعی است.
کلیدواژه‌ها
اسانس
الیاف الکتروریسی شده
زیست بسپار
فعالیت ضدباکتریایی

موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of antimicrobial activity and properties of gelatin nanofibers containing lavender essential oil

نویسندگان English

Ehsan Sadeghi Hamzekhani 1
mohammad ali Najafi 2
Mohammad Amin Miri 3
Sara Najafi Ghaghelestani 1
1 MS Graduate Student, Department of Food Science and Technology, Zabol University
2 Associate professor, Department of Food Science and Technology, Zabol university.
3 Assistant Professor, Department of Food Science and Technology, Zabol University
چکیده English

Lavender essential oil has herbal uses in cosmetic, food and pharmaceutical industries. In this research, for the first time, the encapsulation of lavender essential oil by gelatin biopolymer was done by electrospinning method. At first, the chemical compounds of lavender essential oil were identified with the help of gas chromatography associated with a mass spectrometer (GC-MS) and then 0, 2.5, 0.5 and 0.10% v/v were added to the electrospinning solution. The prepared nanofibers have been evaluated using scanning electron imaging (SEM), thickness determination (Image J), X-ray diffraction, mechanical properties, and essential oil loading efficiency. Also, the antibacterial activity of nanofibers against Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Escherichia coli and Salmonella typhimurium were investigated by disk diffusion method. The most important components of lavender essential oil were linalool (35.21%) and linalyl acetate (26.47%). All nanofibers had a uniform and continuous shape. By increasing the concentration of essential oil in the electrospinning solution, the values of thickness (431.5 - 705.3 nm) and essential oil content (4.7-14.6%) increased. Lavender essential oil had no effect on crystallinity of nanofibers, but caused a significant decrease in Young's modulus and stiffness. The nanofiber sample containing 10% lavender essential oil recorded the highest hardness, Young's modulus and elasticity. Evaluation of antibacterial activities showed that nanofiber samples containing essential oils had appropriate antibacterial activities against all target bacteria. The effectiveness of gelatin nanofiber + lavender essential oil (10%) against S. aureus and B. cereus. According to the results of the research, it is possible to use gelatin nanofibers containing lavender essential oil for active food packaging. Expressing the definitive result requires conducting clinical and a real environment tests.

کلیدواژه‌ها English

Essential oil
electrospun fibers
Polymer
Antibacterial activity
1-World Health Organization [WHO]. 2022. Estimating the burden of foodborne diseases. Available from: https://www.who.int/activities/estimating-the-burden-of-foodborne-diseases.
2- Rapp, J. H. D., Dhawan, S., Gupta, S. K., Gupta, T. B, and Brightwell G. 2023. Molecular detection and characterization of foodborne bacteria: Recent progresses and remaining challenges. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 22, 1463-2487.
3- Serwecińska, L. 2020. Antimicrobials and Antibiotic-Resistant Bacteria: A Risk to the Environment and to Public Health, Water, 12, 3313.
4- Batiha, G. E., Teibo, J. O., Wasef, L., Shaheen, H. M., Akomolafe, A. P., Teibo, T. K. A., and et al. 2023. A review of the bioactive components and pharmacological properties of Lavandula species, Naunyn-Schmiedeberg's Arch Pharmacol, 396, 877–900.
5- Zhou, Y., Miao, X., Lan, X., Luo, J., Luo, T., Zhong, Z., et al. 2020. Angelica essential oil loaded electrospun gelatin nanofibers for active food packaging application, Polymers (Basel), 12: 1-12.
6-Kwiatkowski, P., Lopusiewicz, L., Kostek, M., Drozłowska, E., Pruss, A., Wojciuk, B., et al. 2019. The Antibacterial Activity of Lavender Essential Oil Alone and In Combination with Octenidine Dihydrochloride against MRSA Strains, Molecules. 25, 1-15.
7-Mengxia, D., Sun, J., Huang, Y., Jiang, H., Hu, Y., Pang, J., and et al. 2023. Electrospun gelatin/chitosan nanofibers containing curcumin for multifunctional food packaging, Food Science and Human Wellness, 12, 614-621.
8-Ghasemi, M., Miri, M. A., Najafi, M. A., Tavakoli, M., and Hadadi, T. 2022. Encapsulation of Cumin essential oil in zein electrospun fibers: Characterization and antibacterial effect, Food Measure, 16, 1613–1624.
9- Mahmood, K., Kamilah, H., Karim, A. A., and Ariffin, F. 2023. Enhancing the functional properties of fish gelatin mats by dual encapsulation of essential oils in β-cyclodextrins/fish gelatin matrix via coaxial electrospinning, Food Hydrocolloids, 137, 108324.
10- Li, S., Shi, W., Wang, X., Li, S., Pei, X., and Yifan, He. 2023. Electrospinning of gelatin nanofibers containing sesamol nanoparticles, The Journal of the textile Institute. DOI: 10.1080/00405000.2023.2202113
11-Dong, G., Bai, X., Aimila, A., Aisa, H. A., and Maiwulanjiang, M. 2020. Study on lavender essential oil chemical compositions by GC-MS and improved pGC. Molecules, 25, 1-30.
12- Kafrani, T., E., Goli, S. A. H., and Fathi, M. 2018. Encapsulation of orange essential oil Using cross-linked electrospun gelatin nanofibers, Food Bioprocess Technol., 11, 427–434.
13-Todorova, D., Yavorov, N., Lasheva, V., Damyanova, S., and Kostova, I. 2023. Lavender essential oil as antibacterial Treatment for packaging paper, Coating, 13, 1-12.
14- Pokajewicz, K., Bialo, M., Svydenko, L., Fedin, R., and Hudz, N. 2021. Chemical composition of the essential oil of the new cultivars of Lavandula angustifolia Mill, Bred in Ukraine,. Molecules, 26: 1-20.
15- Fokou, B. H. J., Dongmo, M. J. P., and Boyom, F. F. 2022. Essential Oil’s chemical composition and pharmacological properties, 10.5772/intechopen.86573.
16- Bhatia, S., Al-Harrasi, A., Jawad, M., Shah, Y. A., Al-Azri, M. S., Ullah, S., and et al. 2023. A comparative study of the properties of gelatin (porcine and bovine)-based edible films loaded with spearmint essential oil, Biomimetics, 8, 1-16.
17- Pilicheva, B., Uzunova, Y., and Katsarov, P. 2021. Comparative study on microencapsulation of lavender (Lavandula angustifolia Mill.) and peppermint (Mentha piperita L.) essential oils via spray-drying technique, Molecules 26, 7467.
18- Rasul, N. H., Asdagh, A., Pirsa, S., Ghazanfarirad, N., and Sani, I. K. 2022. Development of antimicrobial /antioxidant nanocomposite film based on fish skin gelatin and chickpea protein isolated containing Microencapsulated Nigella sativa essential oil and copper sulfide nanoparticles for extending minced meat shelf life. Mater. Res. Express, 9, 025306.
19- Kadam, D., Shah, N., Palamthodi, S., and Lele, S. S. 2018. An investigation on the effect of polyphenolic extracts of Nigella sativa seedcake on physicochemical properties of chitosan-based films, Carbohydrate Polym, 192, 347–55.
20-Scartazzini, L., Tosati, J. V., Cortez, D. H. C., Rossi, M. J., Flores, S. H., Hubinger, M. D., et al. 2019. Gelatin edible coatings with mint essential oil (Mentha arvensis): film characterization and antifungal properties, J. Food. Sci. Technol., 56, 4045-4056.
21-Walasek-Janusz, M., Grzegorczyk, A., Zalewski, D., Malm, A., Gajcy, S., and Gruszeck, R. 2022. Variation in the Antimicrobial Activity of Essential Oils from Cultivars of Lavandula angustifolia and L. × intermedia, Agron. 12, 1-13.
22- Amor, G., Sabbah, M., Caputo, L., Idbella, M., De Feo, V., Raffaele, P., and et al. 2021. Basil essential oil: composition, antimicrobial properties, and microencapsulation to produce active chitosan films for food packaging, Foods. 10, 1- 16.
23- Hajiali, H., Summa, M., Russo, D., Armirotti, A., Brunetti, V., Bertorelli, R., et al. 2016. Alginate–lavender nanofibers with antibacterial and anti-inflammatory activity to effectively promote burn healing, J. Mater. Chem. B, 4: 1686-1695.
24-Badr, M. M., Badawy, M. E. I., and Taktak, N. E. M. 2021. Characterization, antimicrobial activity, and antioxidant activity of the nanoemulsions of Lavandula spica essential oil and its main monoterpenes, 65, 102732.