Synthese von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln für den möglichen Einsatz in Lebensmittelverpackungsanwendungen

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 12843 (2022) Diesen Artikel zitieren

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In der vorliegenden Studie wurde eine Methode zur Synthese gelatinestabilisierter Kupferoxid-Nanopartikel entwickelt. Die Synthese erfolgte durch direkte chemische Fällung. Als Vorläufer für die Kupferoxidsynthese wurden Kupfersulfat, -chlorid und -acetat verwendet. Als Stabilisator wurde Gelatine verwendet. Es wurde festgestellt, dass die Bildung von einphasigem Kupferoxid II nur dann auftrat, wenn Kupferacetat als Vorläufer verwendet wurde. Unsere Ergebnisse zeigten, dass Partikel mit dem kleinsten Durchmesser in einem wässrigen Medium (18 ± 6 nm) und Partikel mit dem größten Durchmesser in einem Isobutanol-Medium (370 ± 131 nm) gebildet werden. Den Daten der Photonenkorrelationsspektroskopie zufolge waren in einem wässrigen Medium synthetisierte Kupferoxid-Nanopartikel äußerst stabil und hatten eine monomodale Größenverteilung mit einem durchschnittlichen hydrodynamischen Radius von 61 nm. Die Untersuchung des pH-Effekts auf die kolloidale Stabilität von Kupferoxid-Nanopartikeln zeigte, dass die Probe im pH-Bereich von 6,8 bis 11,98 stabil war. Ein möglicher Mechanismus für den pH-Einfluss auf die Stabilität von Kupferoxid-Nanopartikeln wird beschrieben. Der Einfluss der Ionenstärke der Lösung auf die Stabilität des CuO-Nanopartikel-Sols wurde ebenfalls untersucht, und die Ergebnisse zeigten, dass Ca2+-Ionen den größten Einfluss auf die Probenstabilität hatten. IR-Spektroskopie zeigte, dass die Wechselwirkung von CuO-Nanopartikeln mit Gelatine über die Hydroxylgruppe erfolgte. Es wurde festgestellt, dass mit Gelatine stabilisierte CuO-Nanopartikel bei einer Konzentration von äquivalent 2,5 · 10−3 mol/L eine fungizide Wirkung haben und als Material für Lebensmittel-Nanoverpackungen die Haltbarkeit von Produkten am Beispiel von Erdbeeren und Tomaten verlängern können. Wir untersuchten die Möglichkeit, mit CuO-Nanopartikeln modifizierte Methylcellulosefolien zur Verpackung und Lagerung von Hartkäse „Holland“ zu verwenden. Die Verteilung der CuO-Nanopartikel im Methylcellulosefilm war gleichmäßig. Wir fanden heraus, dass mit CuO-Nanopartikeln modifizierte Methylcellulosefilme das Wachstum und die Entwicklung von QMAFAM, Kolibakterien, Hefe und Schimmel in experimentellen Käseproben hemmten. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass während der siebentägigen Lagerung des Käses im Thermostat bei 35 ± 1 °C CuO-Nanopartikel aus der Folie in das Produkt migrierten. Dennoch ist anzumerken, dass die maximale Änderung der Kupferkonzentration in den Versuchsproben nur 0,12 µg/mg betrug, was keine toxische Konzentration darstellt. Generell bestätigt der geringe Migrationswert der CuO-Nanopartikel die hohe Stabilität des entwickelten Präparats. Unsere Ergebnisse zeigten, dass die mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikel ein hohes Potenzial für den Einsatz in Lebensmittelverpackungen haben – sowohl als eigenständiger Nanofilm als auch als Teil anderer Verpackungsmaterialien.

Kupfer(II)-oxid (CuO) ist als Halbleiter vom p-Typ mit einer schmalen Bandlücke im Bereich von 1,9 bis 2,1 eV 1 bekannt. Dieses Material verfügt über potenziell nützliche physikalische Eigenschaften wie Hochtemperatursupraleitung, Elektronenkorrelationseffekte und Spin Dynamik2,3. CuO-Nanopartikel haben breite Anwendung in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technologie gefunden, darunter in der Elektronik4,5, der Landwirtschaft6,7,8, der Medizin9,10 und der Solarenergie11,12,13. CuO-Nanopartikel können zur Entfernung organischer Schadstoffe im Abwasser eingesetzt werden. Insbesondere wurden Modellversuche mit folgenden organischen Farbstoffen durchgeführt: Methylorange, Methylrot, Kongorot, Methylenblau, Nilblau, Reaktivgelb 160 usw.14,15,16,17. Andere Studien zeigten, dass die Effizienz katalytischer Materialien auf Basis von CuO-Nanopartikeln mehr als 90 % erreichte15,16. Es wurde auch über die Verwendung von CuO-Nanopartikeln zur Herstellung von Gassensoren zur CO- und H2S-Detektion berichtet18,19,20,21. In18 wurde ein Gassensor auf Basis von CuO-Nanopartikeln vorgestellt, die mit der Sol-Gel-Methode gewonnen wurden. Es wurde festgestellt, dass bei einer Konzentration von 0,1 ppm Ethanol in Luft die Empfindlichkeit dieses Sensors 2,7 Rg/Ra betrug, wobei „Rg“ der Sensorwiderstand im Zielgas und „Ra“ der Sensorwiderstand im trockenen Zustand ist Luft. Hou L. et al.20 entwickelten einen CO-Sensor auf Basis von CuO-Nanostrukturen, dessen Empfindlichkeit 3,27 Rg/Ra betrug. B. Hämoglobinsynthese, Eisenoxidation, Zellatmung und Amidierung antioxidativer Abwehrpeptide22,23. Allerdings ist die Verwendung von CuO-Nanopartikeln in Lebensmittelformulierungen aufgrund der erhöhten Toxizität24,25,26 immer noch begrenzt. CuO-Nanopartikel haben in einer Konzentration von 1–50 µg/ml dosisabhängig eine zytotoxische Wirkung auf HepG2-Zellen27 und menschliche TT1-Zellen28. Um ihre Einsatzmöglichkeiten in der Lebensmittelindustrie zu verbessern, suchen Forscher nach optimalen Ansätzen zur Synthese und Stabilisierung von CuO-Nanopartikeln, um die Toxizität zu reduzieren, gleichzeitig aber ihre nützlichen Eigenschaften zu erhalten oder sogar zu verbessern.

Nanopartikel werden in der Lebensmittelindustrie häufig zur Herstellung antibakterieller Filme verwendet29,30. Heute wird an der Entwicklung antimikrobieller Verpackungsmaterialien geforscht, die aus verschiedenen Nanopartikeln, darunter CuO31,32,33, hergestellt werden. Nanoverpackungen können durch Einwickeln, Eintauchen, Bürsten oder Sprühen auf ein Lebensmittelprodukt aufgebracht werden, um eine selektive Barriere gegen die Bewegung von Gasen, Feuchtigkeit und gelösten Materialien sowie Schutz vor mechanischer Beschädigung zu bieten34,35. Die Hauptentwicklungen zielen auf die Gewinnung von Nanopartikeln mit anschließender Bearbeitung der Oberfläche vorgefertigter Verpackungsmaterialien ab. Arbeiten, die sich mit der Modifizierung von Polymerbeschichtungen durch CuO-Nanopartikel aufgrund der Immobilisierung befassen, sind jedoch äußerst selten36. Wenn Nanopartikel direkt in die Struktur von Polymermaterialien eingebracht werden, kommt es zu einem „Verschluss“ – einer Hemmung der aktiven Komponente im Volumen, wodurch das Material seine antimikrobiellen Eigenschaften verliert37,38. Nach Ansicht vieler Forscher hängt die Aktivität von Nanopartikeln von der Form und ihrer Verteilung ab39,40. Gleichzeitig widmen sich die meisten Arbeiten der Untersuchung ihrer bakteriziden Eigenschaften und werden in geringerem Maße auch fungizide Eigenschaften berücksichtigt. Die in vielen Studien erhaltenen Ergebnisse zur fungiziden Aktivität von Nanopartikeln zeigen häufiger das Fehlen eines verlässlichen Musters, aber Nazarzade und Ghorbani (2019) haben in ihrer Arbeit die fungizide Aktivität von CuO-Nanopartikeln nachgewiesen41. Ein wichtiger Aspekt bei der Gestaltung von Lebensmittelverpackungen mit Nanozusammensetzungen ist die Stabilisierung von Nanopartikeln. Die Stabilität von Nanopartikeln in der Polymerzusammensetzung von Verpackungsmaterialien ist eine Voraussetzung für die bakterizide Aktivität und die Migration von Nanopartikeln in das Produkt42,43 und hängt von der Synthesemethode ab. Bei hoher Stabilität wird die Migration von CuO-Nanopartikeln in das Produkt ausgeschlossen, was die Abwesenheit von Toxizität des Verpackungsmaterials gewährleistet.

Es gibt eine Reihe von Methoden zur Herstellung von CuO-Nanopartikeln: die Sol-Gel-Methode44,45,46, die sonochemische Methode47,48, die hydrothermale Methode49,50, die Umkehrmizellenmethode51 und die Methode mit explodierendem Draht42,52,53. In43 wird eine elektrochemische Methode zur Gewinnung von CuO-Nanostrukturen verschiedener Formen und Größen vorgestellt. Als Elektrolyt wurde Natriumnitratlösung und als Anode Cu verwendet. Die Synthese wurde in einer ungeteilten Zelle im Konstantstrommodus bei Raumtemperatur durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass mit einer Abnahme der Stromdichte monodisperse, homogene CuO-Nanostäbe oder -Nanopartikel erhalten werden konnten und mit einer Erhöhung Nanokristalle mit unregelmäßiger Form gebildet wurden. Es sind auch Arbeiten zur Herstellung von CuO-Nanopartikeln mit Methoden der „grünen Chemie“ bekannt54,55,56. Apriandanu, DOB und Yulizar, Y. Der Extrakt aus Tinospora-crispa-Blättern wurde verwendet, um CuO-Nanopartikel zu erhalten55. Den Daten der Transmissionselektronenmikroskopie zufolge wurde festgestellt, dass die erhaltenen Nanopartikel einen Durchmesser von 10 bis 40 nm hatten und durch eine Kugelform gekennzeichnet waren.

Es ist wichtig zu beachten, dass Nanopartikel für den Einsatz in realen Systemen stabilisiert werden müssen, um Aggregation, Koagulation und Sedimentation zu verhindern, die zur Vergröberung der Partikel und zum Verlust der mit dem nanoskaligen Zustand verbundenen physikalisch-chemischen Eigenschaften führen57,58,59,60. Beispielsweise wurde von Cai Z. et al.61 die Wirkung stabilisierter und unstabilisierter Fe-Nanopartikel auf den reduktiven Abbau von Nitrobenzol verglichen. Als Stabilisator wurde Carboxymethylcellulose verwendet. Es zeigte sich, dass stabilisierte Fe-Nanopartikel Nitrobenzol 3,7-mal schneller zersetzten als das unstabilisierte Analogon. Die Autoren stellten fest, dass dieser Effekt mit der Partikelgröße zusammenhängt: Stabilisierte Fe-Nanopartikel hatten einen Durchmesser von 17 nm, unstabilisierte sogar mehr als 1000 nm. In einer unstabilisierten Probe waren die Partikel zu Clustern zusammengefasst, was zu einer Vergrößerung der Partikelgröße und damit zu einer Verringerung der spezifischen Oberfläche der Partikel führte, was für die geringere Reduzierbarkeit verantwortlich war.

Zur Stabilisierung von CuO-Nanopartikeln können verschiedene Tenside wie die folgenden verwendet werden: Natriumdodecylsulfat, Cetyltrimethylammoniumbromid, Alkylhydroxyethyldimethylammoniumchlorid48,60,62, Polyvinylpyrrolidon (PVP)63, Monomere Acrylnitril und Methylmethacrylat64, Polyethylenglykol (PEG)65,66 usw Die Verwendung von Gelatine zur Stabilisierung von Kupferoxid-Nanopartikeln wird in der Literatur jedoch nicht erwähnt. Gelatine ist eine Lebensmittelzutat, die eine Mischung aus linearen Polypeptiden mit unterschiedlichen Molekulargewichten ist. Gelatine enthält bis zu 18 Aminosäuren, darunter Glutamin- und Asparaginsäure, Glycin, Prolin, Hydroxyprolin, Alanin und Arginin. Gelatine enthält sowohl negativ geladene Carboxyl- und Hydroxylgruppen als auch positiv geladene Aminogruppen. Die Stabilisierung von CuO-Nanopartikeln kann über die oben genannten Gruppen67 erfolgen. Ziel dieser Arbeit war es daher, eine Methode zur Synthese von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln zu entwickeln, ihre kolloidale Stabilität in verschiedenen Dispersionsmedien zu untersuchen und die Möglichkeit ihrer Verwendung in Lebensmittelverpackungsanwendungen zu untersuchen.

Kupfer(II)-acetat (GR zur Analyse, „Mikhailovsky Plant of Chemical Reagents“, Barnaul, Russland), Kupfer(II)-sulfat (GR zur Analyse, LLC „Khimsnab-2000“, Rostow am Don, Russland), Kupfer (II) Chlorid (CP, LLC Formula, St. Petersburg, Russland), Gelatine (Grade P-140, LLC TD-Holding, Krasnodar, Russland), Natriumhydroxid (GR zur Analyse, LLC Povolzhye, Dzerzhinsk, Russland), Ethyl Alkohol (CP, Merck, Deutschland), Propylalkohol (CP, Merck, Deutschland), Butylalkohol (CP, Merck, Deutschland), Isobutylalkohol (CP, Merck, Deutschland), Isopropylalkohol (CP, Acros Organics, Belgien), Phosphorsäure (CP, AO LenReaktiv, Russland), Essigsäure (CP, AO LenReaktiv, Russland), Borsäure (CP, AO LenReaktiv, Russland), Natriumchlorid (CP, AO LenReaktiv, Russland), Calciumchlorid (GR zur Analyse , AO LenReaktiv, Russland), Natriumsulfat (GR zur Analyse, ORT Khimreaktivy, Russland), Phenolphthalein (CP, AO LenReaktiv, Russland), Trilon B (CP, AO LenReaktiv, Russland), Natriumdiethyldithiocarbamat (CP, Chemical Line, Russland). ), Chloroform (CP, AO LenReaktiv, Russland).

Mit Gelatine stabilisierte CuO-Nanopartikel wurden durch direkte chemische Fällung erhalten. Als Vorläufer von CuO-Nanopartikeln wurden Kupfer(II)-acetat, Kupfer(II)-sulfat und Kupfer(II)-chlorid verwendet. Gelatine fungierte als Stabilisator, Natriumhydroxid als Fällungsmittel. Als Reaktionsmedien wurden destilliertes Wasser, Ethylalkohol, Propylalkohol, Butylalkohol, Isobutylalkohol und Isopropylalkohol verwendet.

Mit Gelatine stabilisierte CuO-Nanopartikel wurden durch das folgende Verfahren erhalten: 2 g Kupfervorläufer (Kupfer-II-Acetat, Kupfer-II-Sulfat, Kupfer-II-Chlorid) und 2 g Gelatine wurden in 90 ml des Reaktionsmediums (destilliertes Wasser, Propanol, Isopropanol, Butanol oder Isobutanol). Die resultierende Lösung wurde unter ständigem Rühren auf t = 90 °C erhitzt und außerdem wurden 5 ml einer 10 M NaOH-Lösung zugegeben. Die Probe wurde 5 Minuten lang gemischt, auf Raumtemperatur abgekühlt und 25 Minuten lang bei Raumtemperatur gerührt. Dann zentrifugierten wir die Proben 5 Minuten lang bei 5000 U/min, dekantierten den Überstand und fügten dem resultierenden Sediment bidestilliertes Wasser hinzu. Der Vorgang wurde dreimal wiederholt. Dadurch entstand ein Sol aus Kupferoxid-Nanopartikeln.

Mikroaufnahmen von CuO-Nanopartikelproben und Daten zur Elementzusammensetzung wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop MIRA3-LMH mit einem System zur Bestimmung der Elementzusammensetzung AZtecEnergy Standard/X-max 20 (Standard), Tescan, erhalten. Für die Untersuchung wurden die Proben getrocknet. Die Probenvorbereitung wurde wie folgt durchgeführt: Ein doppelseitiges leitfähiges Carbonband wurde auf einen Standard-Instrumententisch (12 mm) geklebt. Dann wurde CuO-Pulver auf das leitfähige Kohlenstoffband aufgetragen. Anschließend wurde eine Kohlenstoffschicht mit einer Dicke von etwa 10 nm abgeschieden.

Die Parameter der Messung waren wie folgt:

• Spannung 10 kV.

• Arbeitsabstand 4,9 mm.

• In-Beam-SE-Detektor.

Die Phasenzusammensetzung der CuO-Proben wurde durch Röntgenbeugungsanalyse auf einem Empyrean-Diffraktometer (PANalytical, Almeo) untersucht. Folgende Messparameter wurden verwendet:

• Kupferkathode (Wellenlänge 1,54 Å).

• Messbereich 10–90 2θ°.

• Abtastfrequenz: 0,01 2θ°.

Zur Untersuchung funktioneller Gruppen in den erhaltenen Proben wurde IR-Spektroskopie eingesetzt. IR-Spektren wurden mit einem FSM-1201 IR-Spektrometer mit Fourier-Transformation aufgezeichnet. Der Messbereich betrug 400–4400 cm-1.

Die Bestimmung des durchschnittlichen hydrodynamischen Radius der Partikel erfolgte mit der Methode der dynamischen Lichtstreuung (DLS) auf einem Photocor-Complex-Instrument (Antek-97, Russland). Die Verarbeitung der Ergebnisse erfolgte mit der Software DynaLS.

Die Größe der Kupferoxid-Nanopartikel wurde durch elektroakustische Spektroskopie auf einer DT-1202-Einstellung (Dispersion Technology Inc.) bestimmt.

Die molekulare Simulation wurde im Molekulareditor IQmol durchgeführt, die quantenchemischen Berechnungen der Modelle erfolgten mit der Software QChem mit folgenden Parametern: Berechnung – Energie, Methode – M06, Basis – 6-31G*, Konvergenz – 4 , Kraftfeld – Chemisch68. Zur Vereinfachung der Berechnungen wurden freie Bindungen hydriert.

Um den Einfluss des pH-Werts auf die Stabilität von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln zu bestimmen, wurde eine Reihe von Pufferlösungen mit unterschiedlichen pH-Werten hergestellt (von pH 1,81 bis 11,98)69. Hierzu wurde eine Lösung einer Mischung aus Phosphor-, Essig- und Borsäure mit einer Konzentration jeder Säure von 0,04 M hergestellt. Dann wurde das erforderliche Volumen einer 0,2 M NaOH-Lösung zu 100 ml der Säuremischung gemäß Tabelle 1 hinzugefügt.

63 ml einer Pufferlösung wurden mit ml eines CuO-Nanopartikel-Sols versetzt. Die resultierenden Lösungen wurden vor der Messung 30 Minuten lang aufbewahrt.

Es wurden drei Lösungsreihen hergestellt, um den Einfluss der Ionenstärke einer Lösung auf die Stabilität von CuO-Nanopartikeln70 zu untersuchen: Natriumchlorid- (NaCl), Calciumchlorid- (CaCl2) und Natriumsulfat- (Na2SO4) Lösungen. Die Konzentrationen der Lösungen betrugen 0,1 M, 0,25 M, 0,5 M, 0,75 M, 1 M und 1,5 M. Zur Abschätzung der Stabilität wurde 1 ml des CuO-Nanopartikel-Sols zu 9 ml Lösung gegeben. Die resultierenden Proben wurden vor der Messung 30 Minuten lang aufbewahrt.

Der pH-Wert wurde mit einem Expert 001 pH-Meter-Ionomer (Econix-Expert LLC, Russische Föderation) unter Verwendung einer kombinierten Silberchlorid-Elektrode (EVL-1M3.1) gemessen.

Um die fungizide Aktivität von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln zu untersuchen, verwendeten wir eine Scheibendiffusionsmethode (Imani und Safaei 2019; Saedi, Shokri und Rhim, 2020; Siddiqui et al., 2019). Hierzu haben wir Lösungen von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln mit den folgenden Konzentrationen hergestellt: 2,5 · 10−3 mol/L, 2,5 · 10−4 mol/L, 2,5 · 10−5 mol/L, 2,5 · 10−6 mol /L, 2,5 · 10−7 mol/L und 2,5 · 10−8 mol/L. Die fungizide Aktivität wurde in Bezug auf Schimmelpilzkulturen von Geotrichum candidum, Penicillium digitatum und Mucor racemosus untersucht. Die Sporensuspension der Pilze wurde auf die Oberfläche des Nähragarmediums ausgesät.

Proben von Erdbeeren und Tomaten wurden von „Soil Respiration“ LLC (Stavropol, Russland) gekauft. Die Sammlung, Lagerung und der Transport von Erdbeer- und Tomatenproben wurden gemäß den folgenden russischen Rechtsakten durchgeführt: GOST 34.298–2017 „Frische Tomaten. Spezifikationen“ und GOST 33.953–2016 „Frische Erdbeeren. Spezifikationen“.

Um das Potenzial der Verwendung von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln als Nanoverpackungsmaterial für Lebensmittel abzuschätzen, führten wir ein Experiment mit Tomaten und Erdbeeren durch.

Erdbeeren und Tomaten wurden nach folgendem Verfahren behandelt:

(1) Herstellung von 8 Gew.-% % wässrige Gelatinelösung;

(2) 10 Minuten lang rühren;

(3) Zugabe von 2 Gew.-% % Glycerin;

(4) 10 Minuten lang rühren;

(5) Zugabe von Sol-Nanopartikeln aus Kupferoxid;

(6) 10 Minuten lang rühren;

(7) Eintauchen von Erdbeeren oder Tomaten in die resultierende Lösung unter Halten für 3 Minuten.

Die erhaltenen Erdbeer- und Tomatenproben wurden 7 Tage lang in einem Thermostat TC-1/80 (Smolensk SKTB SPU, Russland) bei einer Temperatur von 35 ± 1 °C platziert, um den Test zur beschleunigten Bestimmung der Haltbarkeitsdauer durchzuführen71. Die Konzentration der Nanopartikel im Film betrug 2,5 · 10−3 mol/L.

Zur Herstellung des mit CuO-Nanopartikeln modifizierten Verpackungsmaterials verwendeten wir einen Methylzellulosefilm, der in den Republiken des Nordkaukasus häufig in Käseverpackungen verwendet wird. Die Herstellung von Methylcellulosefilmen erfolgte auf Basis von Nutrition Technologies LLC (Stavropol, Russland). Wir haben einen herkömmlichen Methylzellulosefilm als Kontrollprobe und mit 0,2 %, 0,4 % und 0,8 % CuO-Nanopartikel modifizierte Methylzellulosefilme als Versuchsproben hergestellt. Fotos der erhaltenen Proben sind in Abb. 1 dargestellt.

Fotos von Proben von Methylcellulosefilmen, die mit CuO-Nanopartikeln modifiziert wurden: a – Kontrolle, b – 0,2 %, c – 0,4 %, d – 0,8 %.

Die erhaltenen Proben von Methylzellulosefilmen wurden durch optische Mikroskopie unter Verwendung eines Axio Imager 2 (A2) Forschungsklassenmikroskops (Carl Zeiss Microscopy, Oberkochen, Deutschland) bei verschiedenen Vergrößerungen mit Bildfixierung unter Verwendung einer speziellen AxioCam MRc5-Kamera und Zen 2 Pro-Software (Carl Zeiss-Mikroskopie, Oberkochen, Deutschland) 72.

Die Elementzusammensetzung von Kontroll- und experimentellen Methylcellulosefilmen wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop MIRA3-LMH mit einem System zur Bestimmung der Elementzusammensetzung AZtecEnergy Standard/X-max 20 (Standard), Tescan, untersucht. Die Messung wurde mit den im Abschnitt „Charakterisierung synthetisierter CuO-Nanopartikel“ beschriebenen Parametern durchgeführt.

Für das Experiment kauften wir im Laden MilkNet LLC (Stavropol, Russland) einen in Polyethylen verpackten Hartkäse „Holland“. Die Resthaltbarkeit zum Zeitpunkt des Kaufs betrug 42 Tage. Um die anfänglichen Parameter des Käses am Tag des Versuchsbeginns zu untersuchen, haben wir eine Scheibe mit einem Gewicht von 10 ± 0,2 g hergestellt. Außerdem wurden Scheiben mit einem Gewicht von 10 ± 0,2 g hergestellt, um 4 Versuchsgruppen entsprechend der Anzahl der experimentellen Methylzellulosefilme zu bilden.

Fotos der vorbereiteten Proben der vier Versuchsgruppen sind in Abb. 2 dargestellt.

Experimentelle Proben von Hartkäse „Holland“, verpackt in mit CuO-Nanopartikeln modifizierten Methylzellulosefolien: (a) Kontrolle, (b) 0,2 %, c 0,4 %, (d) 0,8 %.

Um ein beschleunigtes Experiment durchzuführen, wurden Käseproben 7 Tage lang im Thermostat TC-1/80 (Smolensk SKTB SPU, Russland) bei einer Temperatur von 35 ± 1 °C gelagert.

Die Untersuchung des titrierbaren Säuregehalts von Käseproben wurde mit der Indikatormethode gemäß der russischen Staatsnorm GOST 54.669–2011 „Milch und Milchverarbeitungsprodukte. Methoden zur Bestimmung des titrierbaren Säuregehalts“73 durchgeführt. Das Verfahren basiert auf der Neutralisation der im Produkt enthaltenen freien Säuren, Säuresalze und freien Säuregruppen mit einer Natriumhydroxidlösung in Gegenwart eines Phenolphthalein-Indikators.

Die Untersuchung des Kupfergehalts in Käseproben, die in mit CuO-Nanopartikeln modifizierten Methylzellulosefolien verpackt waren, wurde mit der kolorimetrischen Methode gemäß der russischen Staatsnorm GOST 26.931–86 „Rohstoffe und Lebensmittelprodukte. Methoden zur Bestimmung von Kupfer“74 durchgeführt. Die Käseproben wurden verbrannt und der Asche wurden 5 ml Salzsäure zugesetzt. 1 ml Kupferlösung wurde mit 100 ml destilliertem Wasser verdünnt. 1 ml der resultierenden Lösung wurde mit 10 ml Zitronensäure und Trilon B-Lösung und 1 ml Phenolphthalein in einen Scheidetrichter überführt. Die Lösung wurde mit einer wässrigen Ammoniaklösung neutralisiert und auf 100 ml destilliertes Wasser gebracht. Dann wurden 2 ml Natriumdiethyldithiocarbamatlösung und 15 ml Chloroform zu der resultierenden Mischung gegeben, geschüttelt und stehen gelassen, bis die Phasen getrennt waren. Das Substrat wurde in einen Messkolben gegossen. 10 cm³ Lösungsmittel wurden in den Scheidetrichter gegeben, geschüttelt und nach Phasentrennung in einen Messkolben gegossen. Die optische Dichte der erhaltenen Lösungen wurde mit einem optischen Spektrophotometer SF-56 (OKB Spektr, Moskau, Russland) gemessen.

Für die Analyse von QMAFAM und Coliformen während der Lagerung von Käse verwendeten wir zwei Verdünnungen: 1:100 und 1:1000 gemäß der russischen Staatsnorm GOST 32.901–2014 „Milch und Milchprodukte. Methoden der mikrobiologischen Analyse“75. Von jeder Verdünnung wurden 0,1 ml Suspension in Petrischalen auf einem dichten Nährmedium ausgesät: ENDO und Nähragar. Die Beimpfungen wurden in einem Thermostat 24 Stunden lang bei 30 ± 1 °C inkubiert. Die Anzahl der gewachsenen Kolibakterien wurde berechnet und die Ergebnisse als log (KBE/g) ausgedrückt. QMAFAM wurde durch CFU/g charakterisiert. Um die Menge an Hefe und Schimmel während der Lagerung zu bestimmen, wurden nach 1,3,5 und 7 Tagen Lagerung im Thermostat Käseproben entnommen und in sterile Beutel mit 90 ml Phosphatpuffer (pH 7,2) gegeben. Käseproben wurden 1 Minute lang in einem Homogenisator bei 1000 U/min homogenisiert und eine Reihe aufeinanderfolgender Verdünnungen von 10–1 bis 10–9 hergestellt. Um die Menge an Hefe und Schimmel zu bestimmen, wurden 100 ml der erhaltenen Lösungen sorgfältig auf der Oberfläche von Saburo-Agar mit Glucose und Chloramphenicol verteilt. Darüber hinaus wurden die Proben 5 Tage lang bei 24 °C inkubiert, die Anzahl der gewachsenen Mikroorganismenkolonien berechnet und die Ergebnisse als log (KBE/g) ausgedrückt.

In der ersten Forschungsphase wurden CuO-Nanopartikel unter Verwendung verschiedener Vorläufer erhalten, nämlich Kupfer(II)-sulfat, Kupfer(II)-acetat und Kupfer(II)-chlorid. Die Synthese wurde in einem wässrigen Medium durchgeführt. Die erhaltenen Proben wurden mittels Pulverdiffraktometrie (XRD) untersucht, die Beugungsmuster sind in Abb. 3 dargestellt.

Beugungsmuster von Proben, synthetisiert mit Kupfer(II)-sulfat (1), Kupfer(II)-chlorid (2) und Kupfer(II)-acetat (3).

Die Analyse der Diagramme in Abb. 3 zeigte, dass als Ergebnis der Synthese verschiedene Verbindungen entstehen: Bei Verwendung von Kupfer(II)-acetat als Vorläufer entstand einphasiges CuO (monoklines Kristallgitter, Raumgruppe – C2/c)76 ,77. Wenn Kupfer(II)-chlorid als Vorläufer verwendet wurde, entstand Kupfer(II)-hydroxidchlorid (Cu2Cl(OH)3) in zwei verschiedenen Modifikationen – Atacamit (orthorhombisches Kristallgitter, Raumgruppe – Pnam) und Clinoatakamit (monoklines Kristallgitter, Raumgruppe). –P21/n) wurde erhalten78. Der Gehalt an Atacamit in der Probe betrug 50 %, der an Clinoatakamit 50 %. Bei Verwendung von Kupfer(II)sulfat wurde einphasiger Brochantit (Cu4(OH)6SO4) erhalten (monoklines Kristallgitter, Raumgruppe – P21/a)79. Weitere Studien wurden nur mit Kupfer(II)acetat durchgeführt, da es die Gewinnung von einphasigem CuO ermöglicht.

Im nächsten Forschungsstadium wurde eine Reihe von CuO-Proben in verschiedenen Medien synthetisiert: destillierter Ethylalkohol, Wasser, Isopropylalkohol, Butylalkohol, Isobutylalkohol. Die erhaltenen Proben wurden mittels elektroakustischer Spektroskopie untersucht. Um den Prozess der Gelatine-Desolvatisierung auszuschließen, wurde die Synthese in alkoholischen Medien unter Verwendung von Wasser-Alkohol-Lösungen mit einem Alkoholgehalt von 85 % durchgeführt. Die erhaltenen Daten sind in Abb. 4 dargestellt.

Größe von CuO-Nanopartikeln, synthetisiert in Ethanol (A); in Wasser (B); in Isopropanol (C); in Butanol (D); in Isobutanol (E).

Die Analyse der erhaltenen Histogramme ergab, dass die Partikel in allen Proben durch eine monomodale Größenverteilung gekennzeichnet sind. Es wurde festgestellt, dass Partikel mit dem kleinsten Durchmesser im wässrigen Medium (18 ± 6 nm) und mit dem größten Durchmesser im Isobutanol-Medium (370 ± 131 nm) erhalten werden. In Ethanol und Isopropanol wurden CuO-Fraktionen mit einer Partikelgröße von 211 ± 26 und 317 ± 21 nm gebildet.

Im nächsten Schritt wurden CuO-Nanopartikel mittels Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Zu Forschungszwecken wurden die Proben getrocknet. Die erhaltenen Daten sind in Abb. 5 dargestellt.

SEM-Bild der CuO-Probe, erhalten in: (a) – Ethanolmedium, (b) – Wassermedium; (c) – Isopropanol-Medium; (d) – Butanol-Medium; (e) – Isobutanol-Medium.

Die SEM-Ergebnisse zeigten, dass alle Proben aus Aggregaten von Nanopartikeln mit einem Durchmesser von 1,5 bis 3 μm bestehen. Es wurde festgestellt, dass in den in einem wässrigen Medium erhaltenen Proben Nanopartikel einen Durchmesser von 63 bis 140 nm, in Butanol – von 28 bis 89 nm, in Isobutanol – von 43 bis 114 nm und in Isopropanol – von 41 bis 121 haben nm, In Ethanol – von 35 bis 142 nm.

In der nächsten Forschungsphase wurde der Prozess der Stabilisierung von CuO-Nanopartikeln mit Gelatine betrachtet. Eine quantenchemische Simulation von Gelatineteilen, die drei nacheinander verwandte Aminosäuremoleküle enthalten, wurde vor und nach der Wechselwirkung mit dem CuO-Molekül durchgeführt. Aminosäuren, die in ihrer Zusammensetzung Imino- (NH) und Hydroxyl- (OH) Gruppen sowie Carboxyl- (COOH) und Aminogruppen (NH2) enthalten, die nicht an der Bildung von Peptidbindungen beteiligt sind, nämlich Arginin (ARG), Asparagin (ASN), Asparaginsäure (ASP), Glutamin (GLN), Glutaminsäure (GLU), Hydroxylysin (HYL), Hydroxyprolin (HYP), Lysin (LYS), Serin (SER) und Threonin (THR) berücksichtigt.

Im Rahmen quantenchemischer Berechnungen wurde die Gesamtenergie des Molekülkomplexes (E) sowie die Energie des höchsten besetzten Molekülorbitals (HOMO) und des unteren unbesetzten Molekülorbitals (LUMO)80 bestimmt. Die Änderung der Gesamtenergie des Systems (ΔE) wurde mit der Gleichung berechnet. 1:

wobei \(E_{1}\)– die Energie des Modells bei Interaktion; \(E_{2}\)– die Energie des ursprünglichen Polymers.

Die chemische Härte (η) wurde mit der Gleichung berechnet. 281,82:

wobei \(E_{LUMO}\)– die Energie des unteren unbesetzten Molekülorbitals (LUMO) ist; \(E_{HOMO}\) – ist die Energie des höchsten besetzten Molekülorbitals (HOMO).

Die Ergebnisse der quantenchemischen Simulation sind in Tabelle 2 und Ergänzung dargestellt (Abb. S1 – S68).

Es wurde festgestellt, dass die Energie der molekularen Systeme „CuO-Gelatine“ um eine Größenordnung niedriger ist als die Energie einzelner Abschnitte. Diese Tatsache zeugt von der energetisch vorteilhaften Ausbildung der chemischen Bindung zwischen den Gelatineabschnitten und Kupferoxid83.

Es ist wichtig zu beachten, dass die größte Änderung der Gesamtenergie des Systems (ΔE) bei der Bildung des molekularen Systems „Ala-Thr-Gly-CuO“ beobachtet wird, bei dem die Wechselwirkung über die Hydroxygruppe erfolgt. Modelle dieses Systems vor und nach der Interaktion sind in den Abbildungen dargestellt. 6 und 7.

Ergebnisse der quantenchemischen Simulation des Gelatinesegments Ala-Thr-Gly: ein Modell des Molekülkomplexes (a), die Verteilung der Elektronendichte (b), der Gradient der elektronischen Dichteverteilung (c), HOMO (d), LUMO (e).

Ergebnisse der quantenchemischen Simulation des Gelatinesegments, gebunden mit CuO-Molekül (Ala-Thr-Gly-CuO): ein Modell des Molekülkomplexes (a), die Verteilung der Elektronendichte (b), der Gradient der elektronischen Dichteverteilung ( c), HOMO (d), LUMO (e).

Es wurde festgestellt, dass die chemische Härte in allen betrachteten Systemen im Bereich von 0,024 bis 0,103 eV liegt. Der minimale Wert von η, der im molekularen System Ile-Hyl-Gly-CuO beobachtet wird, wo die Wechselwirkung über die OH-Gruppe erfolgt, der maximale η-Wert liegt im molekularen System Met-Hyp-Gly-CuO, wo die Wechselwirkung ebenfalls stattfindet erfolgt über die OH-Gruppe.

Um die Ergebnisse der Simulation zu bestätigen, wurde eine IR-Spektroskopie der Proben von CuO-Nanopartikeln durchgeführt. Die erhaltenen IR-Spektren von Gelatine und durch Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln sind in Abb. 8 dargestellt.

IR-Spektren von CuO-Nanopartikeln (1) und Gelatineproben (2).

Die Analyse der Gelatine- und CuO-IR-Spektren zeigte, dass im Bereich von 2800 cm–1–3600 cm–1 Streckschwingungsbanden beobachtet werden: von 2851 bis 2886 cm–1 – CH3-, 2916 und 3424 cm–1 – CH-, 3200–3500 cm–1 – OH-, von 3464 bis 3497 cm–1 – NH- 84.

Im IR-Spektrum von Gelatine im Bereich von 1000 bis 1800 cm-1 werden für Biegeschwingungen charakteristische Banden beobachtet: bei 1022 und 1082 cm-1 – symmetrische Schwingungen der OH-Gruppe, bei 1157 cm-1 – Wackelschwingungen von die -CH2-Bindung, bei 1248 cm−1 – Schwingungen der C = O-Bindung, der Bereich von 1385 bis 1471 cm−1 entspricht symmetrischen Schwingungen der -CH3-Bindung, der Bereich von 1506 bis 1576 cm−1 entspricht der Deformationsschwingungen der ionisierten Aminogruppe NH3+, bei 1653 cm−1 – asymmetrische Schwingungen der Carboxylgruppe COO-, der Bereich von 1734 bis 1773 cm−1 entspricht den Schwingungen der -CH3-Bindung. Es wird auch eine Peptidbindung gefunden, die durch Schwingungen bei 1630 und 1655 cm−185,86 gekennzeichnet ist.

Im IR-Spektrum von mit Gelatine stabilisiertem CuO werden im gleichen Bereich von 1000 bis 1800 cm-1 für Biegeschwingungen charakteristische Banden beobachtet: bei 1022 cm-1 – symmetrische Schwingungen der OH-Gruppe, bei 1153 cm-1 – Wackeln Schwingungen der -CH2-Bindung, der Bereich von 1341 bis 1458 cm−1 entspricht symmetrischen Schwingungen der -CH3-Bindung, der Bereich von 1506 bis 1559 cm−1 entspricht den Deformationsschwingungen der ionisierten Aminogruppe NH3+, bei 1653 cm −1 – asymmetrische Schwingungen der Carboxylgruppe COO-, bei 1734 cm−1 – Verformungsschwingungen der -CH3-Bindung. Im IR-Spektrum von Gelatine werden im Bereich von 400 bis 850 cm−1 charakteristische Banden der Schwingungen der –CH2- und –CH3-Bindungen beobachtet87.

Im IR-Spektrum von mit Gelatine stabilisiertem CuO gibt es im Bereich von 400 cm−1 bis 850 cm−1 für Biegeschwingungen charakteristische Banden: Der Bereich von 673 bis 850 cm−1 entspricht Biegeschwingungen der -CH3-Bindung . Banden hoher Intensität bei 438, 527 und 588 cm−1 sind auf das Vorhandensein von Cu-O-Bindungen zurückzuführen, die im Spektrum von Gelatine nicht beobachtet werden88,89.

Als Ergebnis der Analyse der IR-Spektren wurde festgestellt, dass im Spektrum der mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikel im Bereich von 3200 bis 3500 cm−1 eine deutliche Abnahme der Intensität der Banden zu verzeichnen ist, die die Streckschwingungen der Nanopartikel charakterisieren Hydroxygruppe wird beobachtet. Daraus kann geschlossen werden, dass die Wechselwirkung von CuO-Nanopartikeln mit Gelatine über die Hydroxylgruppe erfolgt.

Der nächste Forschungsschritt umfasste die Untersuchung der Stabilität der erhaltenen Proben. Es ist wichtig zu beachten, dass sich bei der Synthese in einem Medium aus Ethylalkohol, Isopropylalkohol, Butylalkohol und Isobutylalkohol Niederschläge bildeten, in einem wässrigen Medium hingegen ein Sol. In diesem Zusammenhang wurde eine in einem wässrigen Medium erhaltene Probe zur Untersuchung der Stabilität verwendet.

Es wurde eine Untersuchung des pH-Effekts auf die kolloidale Stabilität von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln durchgeführt. Die Proben wurden mittels Photonenkorrelationsspektroskopie untersucht. Abbildung 9 zeigt ein Histogramm der Verteilung der hydrodynamischen Radien von CuO-Nanopartikeln im 64-fach mit destilliertem Wasser verdünnten Sol.

Hydrodynamische Radienverteilung von CuO-Nanopartikeln im 64-fach mit destilliertem Wasser verdünnten Sol.

Die DLS-Studie zeigte, dass die Partikel in der Probe eine monomodale Größenverteilung mit einem durchschnittlichen hydrodynamischen Radius von 61 nm aufwiesen.

Die Abbildungen 10 und 11 zeigen Fotografien der Probenserie bzw. die Abhängigkeit der Streuintensität der Lösungen vom pH-Wert.

Foto einer Reihe von Proben von CuO-Nanopartikel-Sollösungen: (1) bei pH 1,81, (2) bei pH 2,21, (3) bei pH 3,29, (4) bei pH 4,56, (5) bei pH 5,72, (6) bei pH 6,8, (7) bei pH 7,96, (8) bei pH 9,15, (9) bei pH 10,38, (10) bei pH 11,58, (11) bei pH 11,98.

Abhängigkeit der Streuintensität der erhaltenen CuO-Sole vom pH-Wert der Lösung.

Die Datenanalyse (Abb. 10 und 11) zeigte, dass sich CuO-Nanopartikel in einem stark sauren Medium (pH 1,81–3,29) auflösen, was durch die Verfärbung der Lösung (Abb. 10) und die geringe Streuintensität in der Größenordnung von ≈ 3500 belegt wird ( Abb. 11 ). Bei Proben mit pH 4,56 und 5,72 wurde eine Partikelkoagulation beobachtet (Abb. 10). Im pH-Bereich von 6,8–11,98 gab es keine sichtbaren Veränderungen in der Probe (Abb. 10) und es wurde eine hohe Streuintensität beobachtet, die sich in diesem pH-Bereich nicht wesentlich ändert und mit der Streuintensität einer Ausgangsprobe vergleichbar ist eines CuO-Nanopartikel-Sols, das 64-fach mit destilliertem Wasser verdünnt wurde (Abb. 11).

Abbildung 12 zeigt die Abhängigkeit des durchschnittlichen hydrodynamischen Partikelradius (R) vom pH-Wert. Für Proben mit einem pH-Wert von 1,81 bis 3,29 wurde der durchschnittliche hydrodynamische Radius nicht bestimmt.

Abhängigkeit des durchschnittlichen hydrodynamischen Partikelradius (R) vom pH-Wert.

In den Proben mit pH 4,56 und 5,72 nahm der mittlere hydrodynamische Radius der Partikel die Werte 3578 und 3371 nm an. Die Koagulation der Partikel in diesen Proben war auf das Erreichen des isoelektrischen Punkts der Gelatine (pI = 4,7)90 und dementsprechend auf den Verlust der elektrischen Oberflächenladung zurückzuführen. Bei Proben mit einem pH-Wert von 6,8 bis 11,98 betrug der durchschnittliche hydrodynamische Radius 61 nm, was vergleichbar ist mit dem durchschnittlichen hydrodynamischen Radius der Partikel in einer anfänglichen Probe von CuO-Nanopartikeln, die 64-fach mit destilliertem Wasser verdünnt wurde. Die erhaltenen Daten deuten darauf hin, dass das Sol aus CuO-Nanopartikeln im pH-Bereich von 6,8 bis 11,98 stabil war.

Die Änderung der Größe und Stabilität von Kupferoxid-Nanopartikeln bei unterschiedlichen pH-Werten des Mediums ist auf das Vorhandensein freier Amino- und Carboxylgruppen im Gelatinemolekül zurückzuführen, die ihm amphiphile Eigenschaften verleihen. In einer sauren Umgebung werden Aminogruppen und in einer alkalischen Umgebung Carboxylgruppen aktiviert (Abb. 13).

Schema der Protonierung und Deprotonierung eines Gelatinemoleküls.

Wenn Aminogruppen in einem sauren Medium protoniert werden, erhält das Gelatinemolekül eine positive Ladung und überträgt diese Ladung auf die Mizelle. Kupferoxid ist jedoch im sauren pH-Bereich nicht stabil und löst sich auf, wodurch die gesamte Molekülstruktur des Kupfers zerstört wird -Gelatine-Komplex. Mit einer Abnahme der Wasserstoffionenkonzentration (Anstieg des pH-Werts) verlangsamt sich die Geschwindigkeit des Protonierungsprozesses und das Gleichgewicht verschiebt sich in die entgegengesetzte Richtung. Dadurch nimmt die Ladung der Aminogruppen ab und wird am isoelektrischen Punkt gleich Null.

Im nächsten Schritt untersuchten wir den Einfluss der Ionenstärke der Lösung auf die Stabilität des Sols der CuO-Nanopartikel. Die Abbildungen 14 und 15 zeigen Fotografien der erhaltenen Proben bzw. die Abhängigkeit des durchschnittlichen hydrodynamischen Partikelradius (R) von der Ionenstärke der Lösung.

Foto von CuO-Nanopartikellösungen mit verschiedenen Elektrolyten: (a) – NaCl, (b) – CaCl2, c – Na2SO4 1 – 0,1 M, 2 – 0,25 M, 3 – 0,5 M, 4 – 0, 75 M, 5 – 1 M, 6 – 1,5 M.

Abhängigkeit des durchschnittlichen hydrodynamischen Radius von Kupferoxidpartikeln (R) von der Konzentration der Elektrolyte: 1 – NaCl, 2 – Na2SO4, 3 – CaCl2.

In Lösungen mit Natriumchlorid NaCl kam es zu keiner Koagulation der CuO-Nanopartikel, was durch das Fehlen sichtbarer Veränderungen in der Lösung (Abb. 14a) und das Fehlen von Veränderungen im durchschnittlichen hydrodynamischen Radius der Partikel belegt wird. Bei Zugabe von Na2SO4 mit Konzentrationen von 0,1 bis 0,75 M in Lösungen traten keine Veränderungen auf, bei Lösungen mit CM(Na2SO4) = 1 und 1,5 M wurde eine Koagulation von CuO-Nanopartikeln beobachtet (Abb. 14 c) und ein Anstieg der durchschnittlichen Hydrodynamik Partikelradius von 61 bis 757 nm. Durch die Zugabe von CaCl2 wurde in allen Lösungen eine Koagulation der Partikel beobachtet (Abb. 14 b), der durchschnittliche hydrodynamische Radius der Partikel betrug ≈ 750 nm.

Es zeigte sich, dass die Ca2+-Ionen den größten Einfluss auf die Stabilität der Proben haben. Die erhaltenen Daten stimmen gut mit der Schulze-Hardy-Regel91 sowie mit den Arbeiten anderer Autoren92 überein. Eine schematische Darstellung der Koagulation von CuO-Nanopartikeln mit verschiedenen Elektrolyten ist in Abb. 16 dargestellt.

Schema der Koagulation von CuO-Nanopartikeln durch verschiedene Elektrolyte.

Im nächsten Schritt untersuchten wir die fungizide Aktivität der entwickelten, mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikel in Bezug auf Schimmelpilzkulturen von Geotrichum candidum, Penicillium digitatum und Mucor racemosus. Für diese Forschung haben wir Lösungen von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln mit den folgenden Konzentrationen hergestellt: 2,5 · 10−3 (Nr. 1), 2,5 · 10−4 (Nr. 2), 2,5 · 10−5 (Nr. 3), 2,5 · 10 −6 (№ 4), 2,5 · 10−7 (№ 5), 2,5 · 10−8 mol/L (№ 6). Die erhaltenen Ergebnisse sind in Abb. 17 dargestellt.

Einfluss der Konzentration von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln auf die fungizide Aktivität in Bezug auf Schimmelpilzkulturen: (a) – Mucor racemosus, (b) – Geotrichum candidum, (c) – Penicillium digitatum.

Den erhaltenen Ergebnissen zufolge haben wir festgestellt, dass die Lösungskonzentration von 2,5 · 10−3 mol/L (Nr. 1) die größte fungizide Wirkung aufweist. In diesem Fall beträgt die Unterdrückungszone für Mucor racemosus 5 mm, für Geotrichum candidum – 15 mm und für Penicillium digitatum – 5 mm. Bei einer Lösungskonzentration von 2,5 · 10−4 mol/L und niedriger (Nr. 2–6) konnten wir keine fungizide Wirkung auf die untersuchten Schimmelpilzkulturen feststellen. Somit kann die fungizide Aktivität von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln bei Lösungskonzentrationen von 2,5 · 10–3 mol/L widergespiegelt werden. Ähnliche Ergebnisse zur fungiziden Aktivität von CuO-Nanopartikeln wurden kürzlich von Consolo et al. erhalten. (2020), Alagarasan et al. (2021) und Bramhanwade et al. (2015) 93,94,95.

Als nächstes untersuchten wir die Auswirkung der Nanoverpackung durch mit Gelatine stabilisierte CuO-Nanopartikel auf die Haltbarkeit von Erdbeeren und Tomaten. Daher sind in den Abbildungen Fotos von Erdbeer- und Tomatenproben zu sehen. 18 und 19.

Foto von Erdbeerproben: (A) Kontrollprobe ohne Nanoverpackung, (B) Versuchsprobe mit Nanoverpackung.

Foto von Tomatenproben: (A) Kontrollprobe ohne Nanoverpackung, (B) Versuchsprobe mit Nanoverpackung.

In Kontrollproben, die nicht mit CuO-Nanopartikeln behandelt wurden, wurde am 4. Tag des Experiments ein Erdbeerverderb und am 7. Tag ein Tomatenverderb beobachtet. Bei den mit Nanopartikeln behandelten Proben kam es nicht zu einem Verderb des Produkts, was mit einer Hemmung des Prozesses der Vermehrung von Bakterien und Pilzen verbunden ist, die zum Verderb von Erdbeeren und Tomaten führen. Unsere Ergebnisse stimmen mit den Daten anderer Forscher überein, die die Wirkung der Nanoverpackung von Tomaten und Erdbeeren mit Ag-, TiO2- und Ti-dotierten CuO-Nanopartikeln untersucht haben71,96,97.

So haben wir festgestellt, dass mit Gelatine stabilisierte CuO-Nanopartikel mit einer Lösungskonzentration von 2,5 · 10−3 mol/L als Material für Lebensmittel-Nanoverpackungen verwendet werden können, eine bakterizide und fungizide Wirkung haben und die Haltbarkeit des Produkts verlängern.

Für das Experiment bereiteten wir herkömmliche Methylzellulosefolien als Kontrollprobe und mit 0,2 %, 0,4 % und 0,8 % CuO-Nanopartikeln modifizierte Methylzellulosefolien als Versuchsproben vor. Die Verwendung dieser Konzentrationen steht im Zusammenhang mit den Ergebnissen einer Studie zur fungiziden Wirkung von CuO-Nanopartikeln (Abschnitt „Fungizide Wirkung von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln“). Die Konzentration der Nanopartikel in der Lösung, die wir zur Herstellung eines Methylzellulosefilms mit 0,8 % CuO-Nanopartikeln verwendeten, betrug 2,5 · 10−3 mol/L. Proben von mit CuO-Nanopartikeln modifizierten Methylzellulosefilmen wurden mittels optischer Mikroskopie untersucht. Die resultierenden mikroskopischen Aufnahmen sind in Abb. 20 dargestellt.

Mikroaufnahmen von Proben von Methylcellulosefilmen, die mit CuO-Nanopartikeln modifiziert wurden: (a) Kontrolle, (b) 0,2 %, (c) 0,4 %, (d) 0,8 %.

Die Analyse der erhaltenen Mikrofotografien zeigte, dass Proben von mit CuO-Nanopartikeln modifizierten Methylcellulosefilmen eine homogene Struktur aufweisen. Abbildung 20b zeigt gleichmäßig verteilte Partikel mit einer Größe von 1 bis 2 µm in einem Film mit 0,2 % CuO-Nanopartikeln. In einem Film mit 0,4 % CuO-Nanopartikeln (Abb. 20c) konnten wir deutlich Cluster von Mikropartikeln beobachten, bei denen es sich um Agglomerate von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln handelt. Die mikroskopische Aufnahme eines Films mit 0,8 % CuO-Nanopartikeln (Abb. 20d) zeigt die höchste Konzentration an Mikropartikeln, was zu einer intensiveren Färbung des Films führt (Abb. 1 und 2). Die Bildung von Aggregaten mit einer Größe von 1 bis 2 µm ist mit der Aggregation von CuO-Nanopartikeln verbunden, die durch den Trocknungsprozess des Materials verursacht wird.

Als nächstes untersuchten wir die Elementzusammensetzung von Methylcellulosefilmen unter Verwendung des Rasterelektronenmikroskops MIRA3-LMH mit einem System zur Bestimmung der Elementzusammensetzung AZtecEnergy Standard/X-max 20. Die Ergebnisse der Analyse sind in den Abbildungen dargestellt. 21 und 22, Tabelle 3 und Ergänzung (Abb. S69–S71).

Energiedispersives Spektrum eines mit 0,8 % CuO-Nanopartikeln modifizierten Methylcellulosefilms.

Ergebnisse der Elementaranalyse eines mit 0,8 % CuO-Nanopartikeln modifizierten Methylcellulosefilms (a) SEM-Mikrofotografie, (b) Schichtverteilungskarte (Cu).

Die Analyse der Elementarzusammensetzung zeigte, dass Methylzellulosefilme in allen Proben unbedeutende Mengen an Na, Si, S und Ca mit äquivalentem Gehalt enthalten. Somit sind diese Elemente nur im Verpackungsmaterial, nicht jedoch in der vorbereiteten Zubereitung aus CuO-Nanopartikeln enthalten.

Es ist wichtig zu beachten, dass die CuO-Nanopartikel gleichmäßig in den Methylcellulosefilmproben verteilt sind. Die Kupferkonzentration entspricht den berechneten Werten und steigt proportional mit zunehmender Konzentration von CuO-Nanopartikeln in Filmproben.

Im nächsten Schritt untersuchten wir die Möglichkeit, mit CuO-Nanopartikeln modifizierte Methylcellulosefolien für Käseverpackungen zu verwenden. Als Untersuchungsobjekt wurde Hartkäse „Holland“ verwendet.

Im Experiment haben wir den titrierten Säuregehalt, den Kupfergehalt und die mikrobiologischen Parameter in Hartkäse „Holland“ während einer 7-tägigen Lagerung in einem Thermostat bei 35 ± 1 °C bestimmt. Die Ergebnisse des Experiments sind in den Tabellen 4 und 5 dargestellt.

Den erhaltenen Daten zufolge stellten wir fest, dass es bei der Verarbeitung von Käseproben in mit CuO-Nanopartikeln modifizierten Methylzellulosefolien zu einer Veränderung des Kupfergehalts kam, was auf das Vorhandensein einer Migration von CuO-Nanopartikeln aus der Folie in das Produkt hinweist. Dennoch ist es erwähnenswert, dass die maximale Änderung der Kupferkonzentration in den Versuchsproben nur 0,12 µg/mg betrug, was keine toxische Konzentration darstellt27,28. Darüber hinaus kann die Migration von CuO-Nanopartikeln unter geeigneten Bedingungen der Käselagerung im Kühlschrank bei einer Temperatur von 0–4 °C reduziert werden. Dies ist jedoch ein Thema für weitere Forschung. Generell bestätigt der geringe Migrationswert der CuO-Nanopartikel die hohe Stabilität des entwickelten Präparats.

Eine Änderung des Wertes des titrierten Säuregehalts im Käse während der Lagerung kann auf oxidative Veränderungen im Fett oder auf die Aktivität von Milchsäurebakterien hinweisen. Während des Experiments stellten wir fest, dass der titrierte Säurewert in den Versuchsproben etwas niedriger war als in der Kontrollprobe. Den Ergebnissen des Experiments zufolge können wir jedoch aufgrund der sehr nahe beieinander liegenden Werte keinen statistisch zuverlässigen Trend bilden. Daher können wir auf der Grundlage der Daten nur eine Schlussfolgerung ziehen: Mit Gelatine stabilisierte CuO-Nanopartikel zeichnen sich nicht durch eine ausreichend hohe antioxidative Aktivität aus, um Fett während der Lagerung experimenteller Käseproben zuverlässig vor Oxidation zu schützen.

Gemäß den in Tabelle 5 dargestellten Ergebnissen stellten wir fest, dass mit CuO-Nanopartikeln modifizierte Methylzellulosefilme das Wachstum und die Entwicklung von QMAFAM, Kolibakterien, Hefe und Schimmel in experimentellen Käseproben im Vergleich zu einer in herkömmlichen Methylzellulosefilmen verpackten Kontrollkäseprobe reduzierten. Die erhaltenen Daten korrelieren mit unseren Daten zur fungiziden Aktivität von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln sowie mit den Daten anderer Autoren, die die antibakterielle Aktivität von CuO-Nanopartikeln untersucht haben2,10,31,36,37.

Somit deuten die Ergebnisse unseres Experiments darauf hin, dass die mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikel ein hohes Potenzial für den Einsatz in Lebensmittelverpackungen haben – sowohl als eigenständiger Nanofilm als auch als Teil anderer Verpackungsmaterialien.

In der vorliegenden Arbeit wurde eine Technik zur Synthese von mit Gelatine stabilisierten Kupferoxid-Nanopartikeln entwickelt. Unsere Ergebnisse zeigten, dass die alleinige Verwendung von Kupferacetat als Vorläufer die Gewinnung von einphasigem Kupfer(II)-oxid ermöglicht. Den Daten der Photonenkorrelationsspektroskopie zufolge hatten mit Gelatine stabilisierte Kupferoxid-Nanopartikel im aquatischen Medium eine monomodale Größenverteilung mit einem durchschnittlichen hydrodynamischen Radius von 61 nm. Die Untersuchung des pH-Effekts auf die kolloidale Stabilität zeigte, dass die Probe im pH-Bereich von 6,8 bis 11,98 stabil war. Infolgedessen wurde ein Modell für die Stabilisierung von CuO-Nanopartikeln mit Gelatine vorgeschlagen. Es wurde angenommen, dass die Stabilisierung durch die Wechselwirkung von CuO-Nanopartikeln mit den Hydroxylgruppen der Gelatine erfolgt. Dies wurde durch die IR-Spektroskopiedaten bestätigt. Der Einfluss der Ionenstärke der Lösung auf die Stabilität von CuO-Nanopartikeln wurde ebenfalls untersucht und es wurde festgestellt, dass Ca2+-Ionen den größten Einfluss auf die kolloidale Stabilität der Proben hatten.

Es wurde festgestellt, dass mit Gelatine stabilisierte CuO-Nanopartikel bei einer Konzentration von äquivalent zu 2,5 · 10−3 mol/L eine fungizide Wirkung haben und als Material für Lebensmittel-Nanoverpackungen die Haltbarkeit von Produkten verlängern können, wie am Beispiel von Erdbeeren gezeigt Tomaten. Ein hohes Maß an Stabilität der mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikel würde auch ihre Verwendung bei der Herstellung aktiver Lebensmittelverpackungsmaterialien unterstützen.

Wir untersuchten die Möglichkeit, mit CuO-Nanopartikeln modifizierte Methylcellulosefolien zur Verpackung und Lagerung von Hartkäse „Holland“ zu verwenden. Die Verteilung der CuO-Nanopartikel im Methylcellulosefilm war gleichmäßig. Wir fanden heraus, dass mit CuO-Nanopartikeln modifizierte Methylcellulosefilme das Wachstum und die Entwicklung von QMAFAM, Kolibakterien, Hefe und Schimmel in experimentellen Käseproben hemmten. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass während der siebentägigen Lagerung des Käses im Thermostat bei 35 ± 1 °C CuO-Nanopartikel aus der Folie in das Produkt migrierten. Dennoch ist anzumerken, dass die maximale Änderung der Kupferkonzentration in den Versuchsproben nur 0,12 µg/mg betrug, was keine toxische Konzentration darstellt. Darüber hinaus kann die Migration von CuO-Nanopartikeln unter geeigneten Bedingungen der Käselagerung im Kühlschrank bei einer Temperatur von 0–4 °C reduziert werden. Dies ist jedoch ein Thema für weitere Forschung. Generell bestätigt der geringe Migrationswert der CuO-Nanopartikel die hohe Stabilität des entwickelten Präparats.

Alle Roh- und Analysedaten sowie die Materialien stehen in dieser Studie zur Verfügung. Zusätzliche Daten, die die Ergebnisse dieser Studie stützen, sind auf Anfrage bei den entsprechenden Autoren erhältlich.

Kose, S., Atay, F., Bilgin, V. & Akyuz, I. Einige physikalische Eigenschaften von Kupferoxidfilmen: Der Einfluss der Substrattemperatur. Mater. Chem. Physik. 111, 351–358 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Ren, G. et al. Charakterisierung von Kupferoxid-Nanopartikeln für antimikrobielle Anwendungen. Int. J. Antimicrob. Agents 33, 587–590 (2009).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Tranquada, JM, Sternlieb, BJ, Axe, JD, Nakamura, Y. & Uchida, S. Hinweise auf Streifenkorrelationen von Spins und Löchern in Kupferoxid-Supraleitern. Nature 375, 561–563 (1995).

Artikel ADS Google Scholar

Singh, PK, Das, AK, Hatui, G. & Nayak, GC Formgesteuerte grüne Synthese von CuO-Nanopartikeln durch ultraschallunterstützten elektrochemischen Entladungsprozess und seine Anwendung für Superkondensatoren. Mater. Chem. Physik. 198, 16–34 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Jana, R. et al. Verbesserung der Leistung eines Geräts, das aus CuO-Nanopartikeln besteht, die durch Hydrothermal- oder Rückflussmethode synthetisiert werden. Appl Surf. Sci 452, 155–164 (2018).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Pestovsky, YS & Martinez-Antonio, A. Die Verwendung von Nanopartikeln und Nanoformulierungen in der Landwirtschaft. J. Nanosci. Nanotechnologie. 17, 8699–8730 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Gautam, S., Misra, P., Shukla, PK & Ramteke, PW Wirkung von Kupferoxid-Nanopartikeln auf die Keimung, das Wachstum und das Chlorophyll in Sojabohnen (Glycine max (L). Vegetos 29, 157–160 (2016).

Artikel Google Scholar

Pelegrino, MT et al. Auswirkungen von Kupferoxid-Nanopartikeln auf das Wachstum von Salatsämlingen (Lactuca sativa L) und mögliche Auswirkungen von Stickoxid auf deren antioxidative Abwehr. Umgebung. Überwachen. Bewerten. 192, 232–246 (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Mousa, AM et al. Biosynthetisches neues Verbundmaterial mit CuO-Nanopartikeln, hergestellt von Aspergillus terreus für die 47Sc-Trennung der Anwendung von Krebs-Theranostika von bestrahltem Ca-Target. Appl. Strahlen. Isot. 166, 109389 (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Selvaraj, SP Verbesserte Oberflächenmorphologie von Kupferoxid (CuO)-Nanopartikeln und ihre antibakteriellen Aktivitäten. Mater. Heute Proc https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.09.574 (2020).

Artikel Google Scholar

Amalraj, S. & Michael, PA Synthese und Charakterisierung von Al2O3- und CuO-Nanopartikeln zu Nanoflüssigkeiten für Solarpanel-Anwendungen. Ergebnisse Phys. 15, 102797 (2019).

Artikel Google Scholar

Abdullah, AS, Essa, FA, Bacha, HB & Omara, ZM Verbesserung der Solar-Destillierleistung der Wannen mithilfe von Reflektoren und Phasenwechselmaterial mit Nanopartikeln. J Energy Storage 31, 101744 (2020).

Artikel Google Scholar

Langmar, O. et al. Verbesserung der Ladungsinjektion und des Ladungstransports in DSSCs vom p-Typ auf CuO-Basis – eine schnelle und einfache Fällungsmethode für kleine CuO-Nanopartikel. J. Mater. Chem. C 6, 5176–5180 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Devi, HS & Singh, TD Synthese von Kupferoxid-Nanopartikeln durch eine neuartige Methode und ihre Anwendung beim Abbau von Methylorange. Adv. Elektron. Elektr. Ing. 4, 83–88 (2014).

Google Scholar

Singh, J., Kumar, V., Kim, KH & Rawat, M. Biogene Synthese von Kupferoxid-Nanopartikeln unter Verwendung von Pflanzenextrakten und deren enormes Potenzial für den photokatalytischen Abbau von Farbstoffen. Umgebung. Res. 177, 108569 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Katwal, R., Kaur, H., Sharma, G., Naushad, M. & Pathania, D. Elektrochemisch synthetisierte Kupferoxid-Nanopartikel für verbesserte photokatalytische und antimikrobielle Aktivität. J. Ind. Eng. Chem. 31, 173–184 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Sorbiun, M., Shayegan Mehr, E., Ramazani, A. & Taghavi Fardood, S. Grüne Synthese von Zinkoxid- und Kupferoxid-Nanopartikeln unter Verwendung eines wässrigen Extrakts aus Eichenfruchtschalen (Jaft) und Vergleich ihres photokatalytischen Abbaus von Basisviolett 3. Int. J. Umgebung. Res. 12, 29–37 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, F. et al. Ein hochempfindlicher Gassensor auf Basis von CuO-Nanopartikeln, synthetisiert: Über ein Sol-Gel-Verfahren. RSC Adv 6, 79343–79349 (2016).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Ayesh, AI, Abu-Hani, AFS, Mahmoud, ST & Haik, Y. Selektiver H2S-Sensor basierend auf CuO-Nanopartikeln, eingebettet in organische Membranen. Sensoren Aktoren B Chem. 231, 593–600 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Hou, L. et al. CO-Gassensoren auf Basis von CuO-Nanoröhren und CuO-Nanowürfeln vom p-Typ: Auswirkungen von Morphologie und Oberflächenstruktur auf die Sensorleistung. Talanta 188, 41–49 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Tanvir, NB, Yurchenko, O., Wilbertz, C. & Urban, G. Untersuchung der CO2-Reaktion mit Kupferoxid-Nanopartikeln zur Gaserkennung bei Raumtemperatur. J. Mater. Chem. A 4, 5294–5302 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Myint, ZW, Oo, TH, Thein, KZ, Tun, AM & Saeed, H. Kupfermangelanämie: Übersichtsartikel. Ann. Hämatol. 97, 1527–1534 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Akintelu, SA, Florence, AS, Florence, FA & Oyebamiji, AK Grüne Synthese von Kupferoxid-Nanopartikeln für biomedizinische Anwendungen und Umweltsanierung. Helium 6, e04508 (2020).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Tunçsoy, B., Sugeçti, S., Büyükgüzel, E., Özalp, P. & Büyükgüzel, K. Auswirkungen von Kupferoxid-Nanopartikeln auf Immun- und Stoffwechselparameter von Galleria mellonella L. Bull. Umgebung. Kontam. Toxicol. 107, 412–420 (2021).

Artikel PubMed CAS Google Scholar

Murugadas, A., Zeeshan, M., Thamaraiselvi, K., Ghaskadbi, S. & Akbarsha, MA Hydra als Modellorganismus zur Entschlüsselung der toxischen Wirkungen von Kupferoxid-Nanostäbchen: Ökotoxikogenomischer Ansatz. Wissenschaft. Rep. 6, 1–14 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Hou, J., Wang, X., Hayat, T. & Wang, X. Ökotoxikologische Wirkungen und Mechanismus von CuO-Nanopartikeln auf einzelne Organismen. Umgebung. Umweltverschmutzung. 221, 209–217 (2017).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Siddiqui, MA et al. Kupferoxid-Nanopartikel induzierten eine durch Mitochondrien vermittelte Apoptose in menschlichen Hepatokarzinomzellen. PLoS ONE 8, e69534 (2013).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Katsumiti, A. et al. Zytotoxizität und zelluläre Toxizitätsmechanismen von CuO-NPs in Muschelzellen in vitro und vergleichende Empfindlichkeit mit menschlichen Zellen. Toxicol. Vitr. 48, 146–158 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

De Azeredo, HMC Antimikrobielle Nanostrukturen in Lebensmittelverpackungen. Trends Lebensmittelwissenschaft. Technol. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2012.11.006 (2013).

Artikel Google Scholar

Hoseinnejad, M., Jafari, SM & Katouzian, I. Anorganische und metallische Nanopartikel und ihre antimikrobielle Aktivität in Lebensmittelverpackungsanwendungen. Krit. Rev. Microbiol. https://doi.org/10.1080/1040841X.2017.1332001 (2018).

Artikel PubMed Google Scholar

Esmailzadeh, H. et al. CuO/LDPE-Nanokomposit für aktive Lebensmittelverpackungsanwendungen: eine vergleichende Studie seiner antibakteriellen Aktivitäten mit ZnO/LDPE-Nanokomposit. Polym. Stier. https://doi.org/10.1007/s00289-020-03175-7 (2021).

Artikel Google Scholar

Roy, S. & Rhim, JW Melanin-vermittelte Synthese von Kupferoxid-Nanopartikeln und Herstellung funktioneller Agar/CuO-NP-Nanokompositfilme. J. Nanomater. https://doi.org/10.1155/2019/2840517 (2019).

Artikel Google Scholar

Peighambardoust, SJ, Peighambardoust, SH, Mohammadzadeh Pournasir, N. & Pakdel, P. Eigenschaften aktiver Filme auf Stärkebasis, die eine Kombination aus Ag-, ZnO- und CuO-Nanopartikeln enthalten, für den möglichen Einsatz in Lebensmittelverpackungsanwendungen. Lebensmittelverpackung. Haltbarkeit https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2019.100420 (2019).

Artikel Google Scholar

Jovanović, J. et al. Filme und Beschichtungen auf Chitosan- und Pektinbasis mit aktiven Komponenten zur Anwendung in antimikrobiellen Lebensmittelverpackungen. Prog. Org. Mantel. 158, 106349 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Yousuf, B., Qadri, OS & Srivastava, AK Jüngste Entwicklungen bei der Verlängerung der Haltbarkeit von frisch geschnittenem Obst und Gemüse durch Aufbringen verschiedener essbarer Beschichtungen: Ein Überblick. LWT Lebensmittelwissenschaft. Technol. 89, 198–209 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Tamayo, L., Azócar, M., Kogan, M., Riveros, A. & Páez, M. Kupfer-Polymer-Nanokomposite: Ein ausgezeichnetes und kostengünstiges Biozid zur Verwendung auf antibakteriellen Oberflächen. Mater. Wissenschaft. Eng., C https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.08.041 (2016).

Artikel Google Scholar

Oun, AA & Rhim, JW Carrageen-basierte Hydrogele und Filme: Wirkung von ZnO- und CuO-Nanopartikeln auf die physikalischen, mechanischen und antimikrobiellen Eigenschaften. Lebensmittel-Hydrokoll. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2016.12.040 (2017).

Artikel Google Scholar

Yadollahi, M., Gholamali, I., Namazi, H. & Aghazadeh, M. Synthese und Charakterisierung antibakterieller Carboxymethylcellulose/CuO-Bio-Nanokomposit-Hydrogele. Int. J. Biol. Makromol. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2014.10.063 (2015).

Artikel PubMed Google Scholar

Applerot, G. et al. Den antibakteriellen Mechanismus von CuO-Nanopartikeln verstehen: Den Weg des induzierten oxidativen Stresses aufdecken. Klein https://doi.org/10.1002/smll.201200772 (2012).

Artikel PubMed Google Scholar

Montes-Burgos, I. et al. Charakterisierung der Größe und des Zustands von Nanopartikeln vor nanotoxikologischen Studien. J. Nanopart. Res. https://doi.org/10.1007/s11051-009-9774-z (2010).

Artikel Google Scholar

Nazarzade, S. & Chorbani, HR Synthese von CuO/Epoxid-Nanokompositen zur Herstellung einer antimykotischen Beschichtung. Nanomed. J. 6, 142–146 (2019).

CAS Google Scholar

Singh, S., Goswami, N., Mohapatra, SR, Singh, AK & Kaushik, SD Signifikante magnetische, dielektrische und magnetodielektrische Eigenschaften von CuO-Nanopartikeln, hergestellt durch die Technik der explodierenden Drähte. Mater. Wissenschaft. Ing. B Festkörpermaterial. Adv. Technol. 271, 115301 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Yuan, GQ, Jiang, HF, Lin, C. & Liao, SJ Form- und größenkontrollierte elektrochemische Synthese von Kupferoxid-Nanokristallen. J. Cryst. Wachstum 303, 400–406 (2007).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Kayani, ZN, Umer, M. & Riaz, S. Charakterisierung von Kupferoxid-Nanopartikeln, hergestellt mit der Sol-Gel-Methode. J. Electron. Mater. 44, 3704–3709 (2015).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Arunkumar, B., Johnson Jeyakumar, S. & Jothibas, M. Ein Sol-Gel-Ansatz zur Synthese von CuO-Nanopartikeln unter Verwendung von Lantana-Camara-Blattextrakt und ihrer photokatalytischen Aktivität. Optik (Stuttg) 183, 698–705 (2019).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Singh, J. & Rawat, M. Ein kurzer Überblick über die Synthese und Charakterisierung von Kupferoxid-Nanopartikeln und ihre Anwendungen. J. Bioelektron. Nanotechnologie. 1, 1–9 (2016).

Google Scholar

Wongpisutpaisan, N., Charoonsuk, P., Vittayakorn, N. & Pecharapa, W. Sonochemische Synthese und Charakterisierung von Kupferoxid-Nanopartikeln. Energy Procedia 9, 404–409 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Silva, N., Ramírez, S., Díaz, I., Garcia, A. & Hassan, N. Einfache, schnelle und reproduzierbare sonochemische Synthese von CuO-Nanopartikeln. Materialien (Basel) 12, 1–13 (2019).

CAS Google Scholar

Arun, KJ et al. Tensidfreie hydrothermale Synthese von Kupferoxid-Nanopartikeln. Bin. J. Mater. Wissenschaft. 5, 36–38 (2015).

Google Scholar

Yang, C., Su, Sens. Aktoren B Chem. 158, 299–303 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Davarpanah, SJ, Karimian, R., Goodarzi, V. & Piri, F. Synthese von Kupfer(II)-oxid (CuO)-Nanopartikeln und ihre Anwendung als Gassensor. J. Appl. Biotechnologie. Rep. 2, 329–332 (2015).

CAS Google Scholar

Sahai, A., Goswami, N., Mishra, M. & Gupta, G. Strukturelle, Schwingungs- und elektronische Eigenschaften von CuO-Nanopartikeln, die durch die Technik der explodierenden Drähte synthetisiert wurden. Ceram Int. 44, 2478–2484 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Sahai, A., Goswami, N., Kaushik, SD & Tripathi, S. Cu/Cu 2 O/CuO-Nanopartikel: Neuartige Synthese durch Explosionsdrahttechnik und umfassende Charakterisierung. Appl. Surfen. Wissenschaft. 390, 974–983 (2016).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Aminuzzaman, M., Kei, LM & Liang, WH Grüne Synthese von Kupferoxid (CuO)-Nanopartikeln unter Verwendung von Bananenschalenextrakt und deren photokatalytischen Aktivitäten. AIP-Konferenz. Proz. 1828, 020016 (2017).

Artikel Google Scholar

Apriandanu, DOB & Yulizar, Y. Tinospora-crispa-Blätterextrakt für die einfache Herstellungsmethode von CuO-Nanopartikeln und deren Charakterisierung. Nanostruktur. Nano-Objects 20, 100401 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Sharmila, G. et al. Biogene Synthese von CuO-Nanopartikeln unter Verwendung von Bauhinia tomentosa-Blattextrakt: Charakterisierung und ihre antibakterielle Anwendung. J. Mol. Struktur. 1165, 288–292 (2018).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Dheyab, MA et al. Einfache schnelle Stabilisierungsmethode durch Zitronensäuremodifikation für Magnetit-Nanopartikel. Wissenschaft. Rep. 10, 1–8 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Kang, H. et al. Stabilisierung von Silber- und Goldnanopartikeln: Erhaltung und Verbesserung plasmonischer Funktionalitäten. Chem. Rev. 119, 664–699 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Blinov, AV et al. Synthese von nanoskaligem Manganmethahydroxid, stabilisiert durch Cystin. Mater. Chem. Physik. 265, 124510 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

El-nahhal, IM et al. Die Wirksamkeit von Tensiden bei der stabilisierenden Beschichtung nanostrukturierter CuO-Partikel auf der Oberfläche von Baumwollfasern und ihre antimikrobielle Aktivität. Mater. Chem. Physik. 215, 221–228 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Cai, Z. et al. Reduzierung von Nitrobenzol in Wasser- und Bodenphasen mithilfe von Carboxymethylcellulose stabilisierten Nanopartikeln aus nullwertigem Eisen. Chem. Ing. J. 332, 227–236 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Korpy´s, M., Dzido, G., Mohsen, H. & W´ojcik, J. Experimentelle und numerische Studie zur Wärmeübertragungsintensivierung in turbulenten Strömungen von CuO-Wasser-Nanofluiden in horizontalen Spulen. Chem Eng Process – Process Intensificatio 153, 107983 (2020).

Iqbal, Z., Siddiqui, VU, Alam, M. & Siddiqi, WA Synthese von Kupfer(II)-oxid-Nanopartikeln durch gepulste sonoelektrochemische Methode und deren Charakterisierung. AIP Publ. LLC 2276, 020010 (2020).

Google Scholar

Rodríguez, B., Ramírez, S., Gutiérrez, P., Silva, N. & Díaz-aburto, I. Oxidkupfer-Nanopartikel, stabilisiert durch polare Acrylnitril- und Methylmethacrylat-Monomere durch eine Ligandenaustauschreaktion. Mater. Res. Express 8, 045002 (2021).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Khatoon, UT, Mohan Mantravadi, K. & Nageswara Rao, GVS Strategien zur Synthese von Kupferoxid-Nanopartikeln und ihre Bioanwendungen – eine Übersicht. Mater. Wissenschaft. Technol. (Vereinigtes Königreich) 34, 2214–2222 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Blinov, AV et al. Synthese und Untersuchung der Struktur von nanoskaligem Kupfer(II)-oxid, stabilisiert durch Polyethylenglykol. Ihr Bauman Moskau State Tech. Univ. Ser. Nat. Wissenschaft. 3, 56–70 (2020).

Google Scholar

Alipal, J. et al. Ein Überblick über Gelatine: Eigenschaften, Quellen, Verfahren, Anwendungen und Kommerzialisierung. Mater. Heute Proc. 42, 240–250 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Gilbert, A. Einführung in IQmol. New York 7, 1–34 (2015).

Sousa, VS & Teixeira, MR Aggregationskinetik und Oberflächenladung von CuO-Nanopartikeln: Der Einfluss von pH-Wert, Ionenstärke und Huminsäuren. Umgebung. Chem. 10, 313–322 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Gallego-Urrea, JA, Perez Holmberg, J. & Hassellöv, M. Einfluss verschiedener Arten natürlicher organischer Stoffe auf die Stabilität von Titandioxid-Nanopartikeln: Auswirkungen der Gegenionenkonzentration und des pH-Werts. Umgebung. Wissenschaft. Nano 1, 181–189 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Sooch, BS & Mann, MK Nanoverstärkte, biologisch abbaubare, aktive Lebensmittelverpackungsfolie auf Gelatinebasis zur Verlängerung der Haltbarkeit von Tomaten (Solanum lycopersicum L). Lebensmittelkontrolle 130, 108322 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Rzhepakovsky, I. et al. Antiarthritische Wirkung von Hühnerembryo-Gewebehydrolysat gegen adjuvante Arthritis bei Ratten (röntgenmikrotomographische und histopathologische Analyse). Lebensmittelwissenschaft. Nutr. 9, 5648–5669 (2021).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

GOST 54669–2011 Milch und Milchverarbeitungsprodukte. Methoden zur Bestimmung des Säuregehalts. (2013).

GOST 26931–86 Rohstoffe und Lebensmittelprodukte. Methoden zur Bestimmung von Kupfer. (2010).

GOST 32901–2014 Milch und Milchprodukte. Methoden der mikrobiologischen Analyse. (2015).

Nithya, K. et al. Herstellung und Charakterisierung von Kupferoxid-Nanopartikeln. Int. J. Chem.Tech. Res. 6, 2220–2222 (2014).

CAS Google Scholar

Zhang, Q., Zhang, K., Xu, D., Yang, G. & Huang, H. Fortschritte in der Materialwissenschaft CuO-Nanostrukturen: Synthese, Charakterisierung, Wachstumsmechanismen, grundlegende Eigenschaften und Anwendungen. Prog. Mater. Wissenschaft. 60, 208–337 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Vagnini, M. et al. Schwingungsspektroskopische Untersuchung des Prozesses der Bleiweißschwärzung mittels Raman-Spektroskopie, XRD und anderen Methoden: Untersuchung von Cimabues Gemälden in Assisi. Vib. Spektroskopie 98, 41–49 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Xia, C. & Ning, W. Ein neuartiger bioelektrochemischer Ascorbinsäuresensor, modifiziert mit Cu4(OH)6SO4-Nanostäben. Analyst 136, 288 (2011).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Seidy, N. & Ghammamy, S. Strukturelle Eigenschaften, natürliches Bindungsorbital, theoretische Funktionsberechnungen (DFT) und Energien für die α-halogenorganischen Verbindungen. Curr. Weltumwelt. 7, 221–226 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Gvozdenko, AA et al. Quantenchemische Computersimulation von Mehrkomponenten-SiO2-MexOy-Systemen. Physik. Chem. Asp-Studiencluster. Nanostruktur. Nanomater 12, 394–404 (2020).

CAS Google Scholar

Ghashghaee, M. & Ghambarian, M. Ethenprotonierung über mit Siliciumdioxid gepfropften Metalloxidkatalysatoren (Cr, Mo und W): Eine vergleichende Nanocluster-Modellierungsstudie. Russ. J. Inorg. Chem. 63, 1570–1577 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Blinov, AV et al. Untersuchung des Einflusses zinkhaltiger Verbindungen auf die Bestandteile der kolloidalen Phase der Milch. Araber. J. Chem. 14, 103229 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Ebnalwaled, AA & Ismaiel, AM Entwicklung neuartiger UV-Schutzfilme auf Basis von PVA/Gelatine/0,01CuO-Nanokomposit: Zur Eigenschaftenoptimierung mittels γ-Bestrahlung. Mess. J. Int. Mess. Confed. 134, 89–100 (2019).

Artikel Google Scholar

Duconseille, A., Andueza, D., Picard, F., Santé-Lhoutellier, V. & Astruc, T. Variabilität der Eigenschaften von Schweinehautgelatine im Zusammenhang mit dem Produktionsstandort: Eine Nahinfrarot- und Fluoreszenzspektroskopiestudie. Lebensmittel-Hydrokoll. 63, 108–119 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, H. et al. Nahinfrarotspektroskopie basierend auf überwachten Mustererkennungsmethoden zur schnellen Identifizierung von verfälschter Speisegelatine. J. Spectrosc. 2018, 1–9 (2018).

ADS Google Scholar

Chen, S. et al. Synthese von auf Nahinfrarot reagierenden, mit Goldnanostäben dotierten Gelatine/Hydroxylapatit-Komposit-Mikrokügelchen mit kontrollierter photothermischer Eigenschaft. Ceram. Int. 44, 900–904 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Hashim, DM et al. Möglicher Einsatz der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie zur Differenzierung von Rinder- und Schweinegelatine. Lebensmittelchem. 118, 856–860 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Irfanita, N. et al. Schneller Nachweis von Gelatine in Dentalmaterialien mittels abgeschwächter Totalreflexions-Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (ATR-FTIR). J. Phys. Konf. Ser. 884, 012090 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Kraemer, EO Der zweite isoelektrische Punkt von Gelatine. J. Phys. Chem. 29(4), 410–413 (1924).

Trefalt, G. Ableitung der inversen Schulze-Hardy-Regel. Physik. Rev. E 93, 1–5 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Peng, C. et al. Umwandlung von CuO-Nanopartikeln in der aquatischen Umwelt: Einfluss von pH-Wert, Elektrolyten und natürlicher organischer Substanz. Nanomaterialien 7(10), 326 (2017).

Alagarasan, D. et al. Synthese und Charakterisierung von CuO-Nanopartikeln und Bewertung ihrer bakteriziden und fungiziden Aktivitäten in Baumwollstoffen. Appl. Nanowissenschaften. https://doi.org/10.1007/s13204-021-02054-5 (2021).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Bramhanwade, K., Shende, S., Bonde, S., Gade, A. & Rai, M. Fungizide Wirkung von Cu-Nanopartikeln gegen Fusarium, das Pflanzenkrankheiten verursacht. Umgebung. Chem. Lette. 14, 229–235 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Consolo, VF, Torres-Nicolini, A. & Alvarez, VA Mykosinthetisierte Ag-, CuO- und ZnO-Nanopartikel aus einem vielversprechenden Trichoderma harzianum-Stamm und ihr antimykotisches Potenzial gegen wichtige Phytopathogene. Wissenschaft. Rep. 10, 1–9 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Taha, IM et al. Einfluss der mit Silbernanopartikeln eingebetteten Stärkebeschichtung auf die Lagerzeit von Erdbeeren. Polymere (Basel). 14(7), 1439 (2022).

Yang, FM et al. Einfluss der Nanoverpackung auf die Konservierungsqualität frischer Erdbeeren (Fragaria ananassa duch. cv fengxiang) während der Lagerung bei 4 °C. J Food Sci 75(3), 236–240 (2010).

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Die Autoren danken Dr. Kravtsov AA, Dr. Kaukasische Föderale Universität.

Nordkaukasische Föderale Universität, Puschkina-Str. 1, 355017, Stawropol, Russland

AA Gvozdenko, AV Blinov, AB Golik, AA Nagdalian, DG Maglakelidze, EN Statsenko, MA Pirogov, AA Blinova und MN Sizonenko

Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit, Technische Universität München, Essigberg 3, 94315, Straubing, Deutschland

SA Siddiqui

German Institute of Food Technologies (DIL e.V.), Prof.-von-Klitzing-Straße 7, 49610, D, Quakenbrück, Germany

SA Siddiqui

Staatliche Agraruniversität Sankt Petersburg, Peterburgskoe Highway 2, 196601, Puschkin, Sankt Petersburg, Russland

AA Nagdalian & RO Kolesnikov

Staatliche Agraruniversität Stawropol, Zootekhnichesky Avenue 12, 355017, Stawropol, Russland

AN Simonov

Don State Agrarian University, Krivoshlykova Street 24, 346493, Persianovsky, Russland

RB Schukow

North Carolina Agricultural and Technical State University, E. Market Street, 1601, 24711, Greensboro, NC, USA

SA Ibrahim

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AAG führte Untersuchungen und formale Analysen durch und verfasste das Manuskript. SAS verwaltete das Projekt, stellte Ressourcen bereit und verfasste das Manuskript. AVB erstellte die Hauptkonzeptualisierung, überwachte das Experiment und lieferte eine formale Analyse. ABG sorgte für Visualisierung und Bearbeitung. AAN hat das Manuskript geschrieben, überprüft und bearbeitet. DGM führte Untersuchungen und Validierungen durch. ENS lieferte Methodik und Validierung. MAP führte eine Untersuchung durch. AAB führte eine formale Analyse durch. MNS führte eine Untersuchung durch. ANS stellte mit RBZ Software und Datenanalyse bereit. ROK und SAI arbeiteten methodisch und prüften das Manuskript.

Korrespondenz mit AA Nagdalian.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Gvozdenko, AA, Siddiqui, SA, Blinov, AV et al. Synthese von mit Gelatine stabilisierten CuO-Nanopartikeln für den möglichen Einsatz in Lebensmittelverpackungsanwendungen. Sci Rep 12, 12843 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-16878-w

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Eingegangen: 11. März 2022

Angenommen: 18. Juli 2022

Veröffentlicht: 27. Juli 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-16878-w

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