Sintesi di nanoparticelle di CuO stabilizzate con gelatina per un potenziale utilizzo in applicazioni di imballaggio alimentare

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12843 (2022) Citare questo articolo

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Nel presente studio è stato sviluppato un metodo per la sintesi di nanoparticelle di ossido di rame stabilizzate con gelatina. La sintesi è stata effettuata mediante precipitazione chimica diretta. Solfato di rame, cloruro e acetato sono stati utilizzati come precursori per la sintesi dell'ossido di rame. Come stabilizzante è stata utilizzata la gelatina. Si è scoperto che la formazione di ossido di rame II monofase si verificava solo quando come precursore veniva utilizzato l'acetato di rame. I nostri risultati hanno mostrato che le particelle del diametro più piccolo si formano in un mezzo acquoso (18 ± 6 nm) e quelle del diametro più grande in un mezzo di isobutanolo (370 ± 131 nm). Secondo i dati della spettroscopia di correlazione fotonica, le nanoparticelle di ossido di rame sintetizzate in un mezzo acquoso erano altamente stabili e avevano una distribuzione dimensionale monomodale con un raggio idrodinamico medio di 61 nm. Lo studio dell'effetto del pH sulla stabilità colloidale delle nanoparticelle di ossido di rame ha dimostrato che il campione era stabile nell'intervallo di pH compreso tra 6,8 e 11,98. Viene descritto un possibile meccanismo per l'influenza del pH sulla stabilità delle nanoparticelle di ossido di rame. È stato studiato anche l'effetto della forza ionica della soluzione sulla stabilità del sol di nanoparticelle di CuO e i risultati hanno mostrato che gli ioni Ca2+ avevano l'effetto maggiore sulla stabilità del campione. La spettroscopia IR ha mostrato che l'interazione delle nanoparticelle di CuO con la gelatina è avvenuta attraverso il gruppo ossidrile. Si è scoperto che le nanoparticelle di CuO stabilizzate con gelatina hanno un'attività fungicida ad una concentrazione equivalente di 2,5 · 10−3 mol/L e come materiale per il nanoimballaggio alimentare possono garantire un aumento della durata di conservazione dei prodotti, ad esempio fragole e pomodori. Abbiamo studiato la possibilità di utilizzare film di metilcellulosa modificati con nanoparticelle di CuO per il confezionamento e lo stoccaggio del formaggio a pasta dura "Olanda". La distribuzione delle nanoparticelle di CuO nel film di metilcellulosa era uniforme. Abbiamo scoperto che i film di metilcellulosa modificati con nanoparticelle di CuO inibiscono la crescita e lo sviluppo di QMAFAM, coliformi, lievito e muffe in campioni di formaggio sperimentali. La nostra ricerca ha dimostrato che durante la conservazione del formaggio in un termostato a 35 ± 1 °C per 7 giorni, le nanoparticelle di CuO sono migrate dalla pellicola al prodotto. Tuttavia, vale la pena notare che la variazione massima della concentrazione di rame nei campioni sperimentali è stata di soli 0,12 µg/mg, che non è una concentrazione tossica. In generale, il piccolo valore di migrazione delle nanoparticelle di CuO conferma l'elevata stabilità della preparazione sviluppata. I nostri risultati hanno indicato che le nanoparticelle di CuO stabilizzate con gelatina hanno un alto potenziale per l’uso nell’imballaggio alimentare, sia come nanofilm indipendente che come parte di altri materiali di imballaggio.

L'ossido di rame (II) (CuO) è noto come semiconduttore di tipo p con una stretta banda proibita che varia da 1,9 a 2,1 eV 1. Questo materiale ha potenziali proprietà fisiche utili, come superconduttività ad alta temperatura, effetti di correlazione elettronica e spin dinamica2,3. Le nanoparticelle di CuO hanno trovato ampia applicazione in vari rami della scienza e della tecnologia, tra cui l'elettronica4,5, l'agricoltura6,7,8, la medicina9,10 e l'energia solare11,12,13. Le nanoparticelle di CuO possono essere utilizzate per rimuovere gli inquinanti organici nelle acque reflue. In particolare, sono stati condotti esperimenti modello sui seguenti coloranti organici: arancio di metile, rosso di metile, rosso Congo, blu di metilene, blu Nilo, Giallo Reattivo 160, ecc14,15,16,17. Altri studi hanno dimostrato che l’efficienza dei materiali catalitici basati su nanoparticelle di CuO ha raggiunto oltre il 90%15,16. È stato inoltre segnalato l’uso di nanoparticelle di CuO per la produzione di sensori di gas per il rilevamento di CO e H2S18,19,20,21. Nel 18 è stato presentato un sensore di gas basato su nanoparticelle di CuO ottenute con il metodo sol-gel. Si è riscontrato che a una concentrazione di 0,1 ppm di etanolo nell'aria, la sensibilità di questo sensore era di 2,7 Rg/Ra, dove "Rg" è la resistenza del sensore nel gas target e "Ra" è ​​la resistenza del sensore in condizioni asciutte. aria. Hou L. et al.20 hanno sviluppato un sensore di CO basato su nanostrutture di CuO, in cui la sensibilità era di 3,27 Rg/Ra. Inoltre, come la sintesi dell'emoglobina, l'ossidazione del ferro, la respirazione cellulare e l'ammidazione dei peptidi di difesa antiossidante22,23. Tuttavia, l'uso di nanoparticelle di CuO nelle formulazioni alimentari è ancora limitato a causa della maggiore tossicità24,25,26. Le nanoparticelle di CuO alla concentrazione di 1–50 µg/ml hanno un effetto citotossico sulle cellule HepG227 e sulle cellule TT1 umane28 in modo dose-dipendente. Per migliorare la possibilità del loro utilizzo nell'industria alimentare, i ricercatori cercano di trovare approcci ottimali alla sintesi e alla stabilizzazione delle nanoparticelle di CuO al fine di ridurre la tossicità, ma allo stesso tempo di mantenere o addirittura migliorare le loro proprietà utili.