Functional Chitosan Films with Improved Physico-Mechanical and Antibacterial Properties Against Bacillus subtilis and Escherichia coli

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

By complexation of chitosan obtained by a mechanochemical method in a twin-screw extruder with dextran sulfate in different ratios (1 : 1, 1 : 2, and 2 : 1), nanoparticles were formed and studied by dynamic laser light scattering to evaluate their hydrodynamic radius and zeta potential. The effect of an increase in the filler concentration in the form of the obtained nanoparticles (from 0 to 5%) on the physico-mechanical characteristics of chitosan-based films, as well as their antimicrobial activity against the Gram-positive bacterium Bacillus subtilis, the Gram-negative bacterium Escherichia coli and the mycelial fungus Aspergillus niger, was evaluated. The results showed that the properties of the films depend on the concentration of the nanoscale filler, providing the best indicators of deformation and strength properties, opacity and antibacterial activity with the highest content of nanoparticles. Thus, in the course of the study, chitosan’s capabilities, such as film formation and complexation, were used to demonstrate the potential of producing packaging materials based on it with improved functional properties with minimal resource costs.

Авторлар туралы

T. Popyrina

Enikolopov Institute of Synthetic Polymeric Materials RAS

Email: tanjapopyrina@yandex.ru
Moscow, Russia

A. Alkhair

Russian Biotechnology University

Moscow, Russia

N. Aksenova

Institute for Regenerative Medicine, Sechenov First Moscow State Medical University; N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics RAS

Moscow, Russia; Moscow, Russia

G. Goncharuk

Enikolopov Institute of Synthetic Polymeric Materials RAS

Moscow, Russia

P. Ivanov

Enikolopov Institute of Synthetic Polymeric Materials RAS

Moscow, Russia

I. Kirsh

Russian Biotechnology University

Moscow, Russia

T. Akopova

Enikolopov Institute of Synthetic Polymeric Materials RAS

Moscow, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Abbaszadegan A., Ghahramani Y., Gholami A., Hemmateenejad B., Dorostkar S., Nabavizadeh M., Sharghi H. The effect of charge at the surface of silver nanoparticles on antimicrobial activity against gram-positive and gram-negative bacteria: a preliminary study // J. Nanomater. 2015. V. 16. Art. 53. https://doi.org/10.1155/2015/720654
  2. Akopova T.A., Popyrina T.N., Demina T.S. Mechanochemical transformations of polysaccharides: a systematic review // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. Art. 10458. https://doi.org/10.3390/ijms231810458
  3. Anitha A., Deepagan V.G., Divya Rani V.V., Menon D., Nair S.V., Jayakumar R. Preparation, characterization, in vitro drug release and biological studies of curcumin loaded dextran sulphate-chitosan nanoparticles // Carbohydr. Polym. 2011. V. 84. P. 1158–1164.
  4. Baklagina Y.G., Klechkovskaya V.V., Kononova S.V., Petrova V.A., Poshina D.N., Orekhov A.S., Skorik Y.A. Polymorphic modifications of chitosan // Crystallogr. Rep. 2018. V. 63. P. 303–313.
  5. Bolshakova O.I., Mikhailova E.A., Zherebyateva O.O., Miroshnichenko I.V., Sarantseva S.V. Can nanoparticles become an alternative to antibiotics // Nanobiotechnol. Rep. 2023. V. 18. P. 153–164.
  6. Cazón P., Vázquez M. Mechanical and barrier properties of chitosan combined with other components as food packaging film // Environ. Chem. Lett. 2020. V. 18. P. 257–267.
  7. Chen Y., Mohanraj V.J., Parkin J.E. Chitosan-dextran sulfate nanoparticles for delivery of an anti-angiogenesis peptide // Lett. Peptide Sci. 2003. V. 10. P. 621–629.
  8. Chen Y.-M. Chung Y.-C., Wang Li.-W., Chen K.-T., Li S-Y. Antibacterial properties of chitosan in waterborne pathogen // J. Environ. Sci. Health. Part A. 2002. V. 37. P. 1379–1390.
  9. Debeaufort F., Voilley A. Edible films and coatings for food applications / Eds. M.E. Embuscado, K.C. Huber. Dordrecht‒Heidelberg‒London‒New York: Springer, 2009. https://doi.org/10.1007/978-0-387-92824-1
  10. Delair T. Colloidal polyelectrolyte complexes of chitosan and dextran sulfate towards versatile nanocarriers of bioactive molecules // Eur. J. Pharm. Biopharm. 2011. V. 78. P. 10–18.
  11. Demchick P., Koch A.L. The permeability of the wall fabric of Escherichia coli and Bacillus subtilis // J. Bacteriol. 1996. V. 178. P. 768–773.
  12. Díaz-Montes E., Yáñez-Fernández J., Castro-Muñoz R. Dextran/chitosan blend film fabrication for bio-packaging of mushrooms (Agaricus bisporus) // J. Food Process Preserv. 2021. V. 45. Art. e15489. http://dx.doi.org/10.1111/jfpp.15489
  13. Dolgopyatova N.V., Novikov V.Y., Kuchina Y.A., Konovalova I.N. Effect of deacetylation conditions on the physicochemical properties of chitosan from crustacean shells // ChemChemTech. 2022. V. 65. № 5. С. 77–86.
  14. Egorov A.R., Kirichuk A.A., Rubanik V.V., Rubanik V.V., Tskhovrebov A.G., Kritchenkov A.S. Chitosan and its derivatives: preparation and antibacterial properties // Materials (Basel). 2023. V. 16. Art. 6076. https://doi.org/10.3390/ma16186076
  15. Ezati P., Rhim J.W. pH-responsive chitosan-based film incorporated with alizarin for intelligent packaging applications // Food Hydrocoll. 2020. V. 102. Art. 105629.
  16. Fernández-Marín R., Labidi J., Andrés M.Á., Fernandes S.C.M. Using α-chitin nanocrystals to improve the final properties of poly (vinyl alcohol) films with Origanum vulgare essential oil // Polym. Degrad. Stab. 2020. V. 179. Art. 109227. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2020.109227
  17. Goy R.C., Morais S.T.B., Assis O.B.G. Evaluation of the antimicrobial activity of chitosan and its quaternized derivative on E. coli and S. aureus growth // Revista Brasileira de Farmacognosia. 2016. V. 26. P. 122–127.
  18. Han J.W., Ruiz-Garcia L., Qian J.P., Yang X.T. Food packaging: a comprehensive review and future trends // Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2018. V. 17. P. 860–877.
  19. Jung E.J., Youn D.K., Lee S.H., No H.K., Ha J.G., Prinyawiwatkul W. Antibacterial activity of chitosans with different degrees of deacetylation and viscosities // Int. J. Food Sci. Technol. 2010. V. 45. P. 676–682.
  20. Kadam D., Momin B., Palamthodi S., Lele S.S. Physicochemical and functional properties of chitosan-based nano-composite films incorporated with biogenic silver nanoparticles // Carbohydr. Polym. 2019. V. 211. С. 124–132.
  21. Madkhali O.A., Sivagurunathan M.S., Sultan M.H., Bukhary H.A., Ghazwani M., Alhakamy N.A., Meraya A.M., Alshahrani S., Alqahtani S.S., Bakkari M.A., Alam M.I., Elmobark M.E. Formulation and evaluation of injectable dextran sulfate sodium nanoparticles as a potent antibacterial agent // Sci. Rep. 2021. V. 11. Art. 9914. https://doi.org/10.1038/s41598-021-89330-0
  22. Mahdy Samar M., El-Kalyoubi M.H., Khalaf M.M., Abd El-Razik M.M. Physicochemical, functional, antioxidant and antibacterial properties of chitosan extracted from shrimp wastes by microwave technique // Ann. Agric. Sci. 2013. V. 58. P. 33–41.
  23. Mahmud M.Z.A., Mobarak M.H., Hossain N. Emerging trends in biomaterials for sustainable food packaging: a comprehensive review // Heliyon. 2024. V. 10. Art. e24122. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e24122
  24. Moratti S.C., Cabral J.D. Antibacterial properties of chitosan // Chitosan Based Biomaterials. V. 1 / Eds. J.A. Jennings, J.D. Bumgardner. Woodhead Publishing, 2017. P. 31–44.
  25. Muralidharan S., Shanmugam K. Synthesis and characterization of naringenin-loaded chitosan-dextran sulfate nanocarrier // J. Pharm. Innov. 2021. V. 16. P. 269–278.
  26. No H.K., Meyers S.P., Prinyawiwatkul W., Xu Z. Applications of chitosan for improvement of quality and shelf life of foods: a review // J. Food Sci. 2007. V. 72. P. R87‒R100. https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2007.00383.x
  27. Popyrina T.N., Demina T.S., Akopova T.A. Polysaccharide-based films: from packaging materials to functional food // J. Food Sci. Technol. 2023. V. 60. P. 2736–2747.
  28. Priyadarshi R., Kumar B., Deeba F., Kulshreshtha A., Negi Y.S. Chitosan films incorporated with Apricot (Prunus armeniaca) kernel essential oil as active food packaging material // Food Hydrocoll. 2018. V. 85. P. 158–166.
  29. Roy S., Min S.J., Biswas D., Rhim J.W. Pullulan/chitosan-based functional film incorporated with curcumin-integrated chitosan nanoparticles // Colloids Surf. A. Physicochem. Eng. Asp. 2023. V. 660. Art. 130898.
  30. Roy S., Rhim J.-W. Fabrication of chitosan-based functional nanocomposite films: effect of quercetin-loaded chitosan nanoparticles // Food Hydrocoll. 2021. V. 121. Art. 107065.
  31. Shah R., Eldridge D., Palombo E., Harding I. Optimization and stability assessment of solid lipid nanoparticles using particle size and zeta potential // J. Phys. Sci. 2014. V. 25. P. 59–75.
  32. Tuchilus C.G., Nichifor M., Mocanu G., Stanciu M.C. Antimicrobial activity of chemically modified dextran derivatives // Carbohydr. Polym. 2017. V. 161. P. 181–186.
  33. Upadhyay P., Ullah A. Enhancement of mechanical and barrier properties of chitosan-based bionanocomposites films reinforced with eggshell-derived hydroxyapatite nanoparticles // Int. J. Biol. Macromol. 2024. V. 261. Art. 129764.
  34. Wang W., Xue C., Mao X. Chitosan: structural modification, biological activity and application // Int. J. Biol. Macromol. 2020. V. 164. P. 4532–4546.
  35. Yao Q.B., Huang F., Lu Y.H., Huang J.M., Ali M., Jia X.Z., Zeng X.A., Huang Y.Y. Polysaccharide-based food packaging and intelligent packaging applications: a comprehensive review // Trends Food Sci. Technol. 2024. V. 147. Art. 104390.
  36. Zhang K., Chen Q., Xiao J., You L., Zhu S., Li C., Fu X. Physicochemical and functional properties of chitosan-based edible film incorporated with Sargassum pallidum polysaccharide nanoparticles // Food Hydrocoll. 2023. V. 138. Art. 108476.
  37. Zhu F. Polysaccharide based films and coatings for food packaging: effect of added polyphenols // Food Chem. 2021. V. 359. Art. 129871.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Жүктеу (631KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».