Karboksimetil selüloz/çinko oksit/kekik uçucu yağı kompozit filmi (CMC/ZnO/TEO), film oluşturucu karboksimetil selüloz matrisi içine çinko oksit nanoparçacıkları (ZnO NPs) ve kekik uçucu yağının (thyme essential oil, TEO) birlikte yerleştirildiği aktif bir gıda ambalajı malzemesi adayıdır. Çalışmada 5 g CMC esaslı altı film formülasyonu hazırlanmış; ZnO ve TEO miktarları sistematik biçimde değiştirilerek kimyasal yapı, yüzey morfolojisi, optik özellikler, termal davranış, su buharı geçirgenliği, mekanik özellikler ve antibakteriyel performans incelenmiştir. Filmler ayrıca 4 °C'de 14 gün saklanan yumuşak peynir üzerinde değerlendirilmiştir.

Kontrol filmi CMC0 yalnız aktif ZnO/TEO bileşenlerini içermeyen CMC esaslı kontrolü temsil ederken, CTZ1–CTZ5 filmlerinin tamamı hem ZnO hem TEO içermektedir. CTZ1, CTZ2 ve CTZ3 serisinde ZnO miktarı 0,50 g'da sabit tutulup TEO sırasıyla 0,5, 1 ve 2 mL'ye yükseltilmiştir. CTZ4, CTZ2 ve CTZ5 karşılaştırmasında ise TEO 1 mL'de sabit tutulmuş, ZnO miktarı sırasıyla 0,25, 0,50 ve 1,00 g olarak değiştirilmiştir. Bu tasarım her aktif bileşenin miktar etkisini incelemeye izin verir; ancak ZnO-only ve TEO-only filmler bulunmadığından klasik anlamda nicel bir sinerji testi değildir.

Kompozit filmler görünür ışıkta yüksek geçirgenliği korurken UV ışığını güçlü biçimde sınırlandırmıştır. CMC0 filminde UV-A geçirgenliği %76,21 iken CTZ filmlerinde %6,10–6,56; UV-B geçirgenliği %43,23 iken kompozitlerde %7,31–7,74 aralığında ölçülmüştür. Görünür bölgedeki geçirgenlik CMC0 için %97,30, CTZ filmleri için %88,80–90,78 aralığındadır.

Su buharı geçirgenliği CMC0 filminde 0,77 ± 0,02 × 10⁻¹⁰ g/(Pa·m·s) iken bütün kompozit filmlerde daha düşük bulunmuştur. En düşük değer 2 mL TEO ve 0,50 g ZnO içeren CTZ3'te 0,40 ± 0,02 × 10⁻¹⁰ g/(Pa·m·s) olmuştur. Kaynak bu davranışı hidrofobik TEO damlacıkları, geçirimsiz ZnO parçacıkları ve su moleküllerinin film içinde daha dolambaçlı bir yol izlemek zorunda kalmasıyla açıklamaktadır. Bu mekanizma kaynakta önerilen bir fiziksel yorumdur; su moleküllerinin tek tek gerçek yolakları doğrudan görüntülenmemiştir.

Mekanik sonuçlar tek yönlü değildir. Çekme dayanımı CMC0'da 2,37 ± 0,10 MPa iken CTZ1'de 7,54 ± 0,26 MPa ile en yüksek değere ulaşmıştır. CTZ5'in Young modülü 37,11 ± 3,19 MPa ile açık ara en yüksek değer olsa da çekme dayanımı 3,07 ± 0,51 MPa ve kopma uzaması %34,58 ± 4,95'tir. CTZ4'ün kopma uzaması yalnız %19,69 ± 2,83'tür. Dolayısıyla “daha çok ZnO veya TEO her mekanik özelliği sürekli iyileştirir” sonucu desteklenmemektedir.

Antibakteriyel deneylerde CTZ filmleri hem Staphylococcus aureus ATCC 25923 hem de Escherichia coli ATCC 25922'ye karşı güçlü aktivite göstermiştir. Disk difüzyon testinde inhibisyon zonu CTZ3 için 30 mm'ye ulaşmıştır. TEO miktarının CTZ1'den CTZ2'ye artırılmasıyla kaynakta 18 mm'den 28 mm'ye yükseliş, CTZ3'te ise 30 mm'ye ulaşan daha sınırlı ek artış bildirilmiştir.

Planktonik hücre deneyinde 2 saat sonunda CTZ2, CTZ3 ve CTZ5 en güçlü formülasyonlar arasında yer almış, CTZ3 ve CTZ5 için E. coli büyümesinin tamamen ortadan kalktığı bildirilmiştir. Tam eliminasyon zamanlamasında kaynak içi bir tutarsızlık bulunmaktadır: makale özeti “3 saat”, deney sonuçları “4 saat”, sonuç bölümü “3–4 saat” ifadesini kullanmaktadır. Yöntemde örnekleme zamanları 2, 4, 8 ve 24 saat olarak verildiğinden, doğrudan deney sonuçları açısından en güvenli ifade 4 saatlik zaman noktasında her iki bakteriden de canlı hücre geri kazanılmadığıdır.

Yumuşak peynir testlerinde kompozit filmlerle sarılan örneklerde 14 günlük kütle kaybı CMC0 kontrolündeki %30,57 ± 0,68 değerinden %16,49–21,60 aralığına düşmüştür. En düşük kütle kaybı CTZ3'te %16,49 ± 0,02'dir. Başlangıç peynir pH'ı 4,51'dir; kaynak kompozit filmlerde pH'ın 14 gün sonunda değişmediğini, CMC0 ile sarılan kontrolde ise 5,13'e yükseldiğini bildirmektedir.

Ayrı bir mikrobiyolojik peynir deneyinde yaklaşık 5 log CFU/g S. aureus ile inoküle edilen peynir dilimleri CTZ filmleriyle temas ettirilmiştir. Bütün kompozit film gruplarında 3. günden itibaren S. aureus “N.D.”, yani tespit edilemedi olarak raporlanmıştır. Kaynak sayısal tespit limitini vermediğinden “sıfır bakteri vardı” yerine “kullanılan yöntemle tespit edilemedi” ifadesi daha doğrudur.

Temel yorum sınırı: Çalışma laboratuvar ölçeğinde CMC/ZnO/TEO filmlerinin aktif gıda ambalajı açısından güçlü bir aday olduğunu göstermektedir. Buna karşılık ZnO'nun peynir içine göçü ölçülmemiş, biyobozunma doğrudan test edilmemiş, tüketici duyusal değerlendirmesi yapılmamış, ZnO-only ve TEO-only kontrol filmleri kullanılmamış ve peynir deneyi 14 günden daha uzun sürdürülmemiştir. Bu nedenle gıda temas güvenliği, gerçek ticari raf ömrü ve matematiksel sinerji bu çalışmayla tek başına kesinleştirilemez.

Detaylı Açıklama

Araştırmanın temel problemi nedir?

Gıda ambalajının yalnız ürünü çevreden fiziksel olarak ayırması yeterli olmayabilir. Özellikle yüksek su içeren ve mikrobiyal bozulmaya duyarlı ürünlerde ambalajdan su kaybının sınırlandırılması, ışığa bağlı oksidatif süreçlerin azaltılması ve mikroorganizmaların çoğalmasının önlenmesi istenir. Geleneksel petrol kökenli plastikler iyi bariyer ve mekanik özelliklere sahip olmakla birlikte çevresel kalıcılıkları önemli bir sorundur.

Selüloz ve türevleri yenilenebilir kaynaklardan elde edilebilen polimerlerdir. Karboksimetil selüloz (CMC), selüloz omurgasına karboksimetil gruplarının eklenmesiyle elde edilen, suda çözünebilen ve film oluşturabilen bir selüloz türevidir. CMC tek başına doğal olarak güçlü antibakteriyel etkinliğe sahip değildir. Bu nedenle çalışmada CMC matrisinin ZnO nanoparçacıkları ve TEO ile aktif hâle getirilmesi amaçlanmıştır.

Çinko oksit nanoparçacıkları (ZnO NPs), çalışmada yaklaşık 20 nm boyutlu ve poliedrik morfolojiye sahip inorganik aktif fazdır. Kekik uçucu yağı (TEO) ise kekikten elde edilen ve literatürde thymol, carvacrol, borneol, p-cymene ve γ-terpinene gibi uçucu bileşenlerle ilişkilendirilen doğal bir aktif fazdır. Bu çalışmada kullanılan TEO'nun ayrıntılı GC-MS bileşimi ayrıca ölçülmemiştir; dolayısıyla bu bileşiklerin kaynakta tartışılan mekanizmaları genel TEO literatürüne dayanmaktadır.

Yazarlar Clarivate veri tabanında “cellulose”, “ZnO” ve “thyme” anahtar kelimelerinin birlikte kullanıldığı bir araştırmada önceki bir rapor belirleyemediklerini ifade etmektedir. Bu ifade yazarların yaptığı literatür taramasının sonucudur; bütün bilimsel literatürde mutlak olarak daha önce hiçbir çalışma yapılmadığının bağımsız kanıtı şeklinde yorumlanmamalıdır.

ZnO nanoparçacıkları nasıl hazırlanmıştır?

Kaynakta verilen kısa sentez özetine göre 2,5 g Zn(CH₃COO)₂·2H₂O, 50 mL n-bütanol içinde çözündürülmüş ve geri soğutucu altında tutulmuştur. Daha sonra santrifüj ve etanolle tekrarlı yıkama uygulanmış, yaklaşık 20 nm boyutlu poliedrik ZnO nanoparçacıkları elde edilmiştir.

Bu makale ZnO sentezinin bütün parametrelerini tekrar vermemekte, ayrıntılı prosedür için yazarların önceki çalışmasına yönlendirmektedir. Dolayısıyla geri soğutma süresi veya burada açıkça raporlanmayan sentez ayrıntıları Verianla tarafından tamamlanmamıştır.

Altı film formülasyonu nasıl tasarlanmıştır?

Kaynak metni ZnO ve TEO süspansiyonunun 10 mL, %10 Tween 80 çözeltisinde ultrasonikasyonla hazırlandığını belirtmektedir; Tablo 1'de bunun her CTZ formülasyonu için 1 mL Tween 80'e karşılık gelen bileşim olarak yazıldığı görülmektedir.

Gliserol plastikleştirici olarak eklenmiştir. Sitrik asit ise kaynak tarafından “reticulation agent” olarak adlandırılan ağ oluşturucu/çapraz bağlama ajanıdır. Kaynak her formülasyonda 0,1 g sitrik asit kullanıldığını belirtmektedir.

Film kodlarının deney mantığı

CTZ1–CTZ3 serisi özellikle TEO miktarının etkisini incelemeyi kolaylaştırır; ZnO 0,50 g'da tutulurken TEO 0,5 → 1 → 2 mL yükselir. CTZ4–CTZ2–CTZ5 serisi ise ZnO miktarının etkisini incelemeyi kolaylaştırır; TEO 1 mL'de tutulurken ZnO 0,25 → 0,50 → 1,00 g yükselir.

Bu yaklaşım bir bileşenin miktarını diğer bileşen varlığında değiştirmektedir. Dolayısıyla her aktif fazın tek başına gösterdiği performans bu deneyden çıkarılamaz.

ZnO ve Kekik Uçucu Yağının Antibakteriyel Sinerjisi Bu Çalışmada Kanıtlandı mı?

Tam anlamıyla hayır. Çalışma ZnO ve TEO'nun birlikte bulunduğu filmlerde konsantrasyona bağlı güçlü antibakteriyel performans göstermiş ve yazarlar bunu tamamlayıcı/sinerjik etkiyle ilişkilendirmiştir; ancak ZnO-only ve TEO-only film kontrolleri bulunmadığından birleşik etkinin iki bileşenin ayrı ayrı etkilerinin toplamından istatistiksel olarak daha büyük olup olmadığı doğrudan hesaplanmamıştır.

Bu ayrım önemlidir. CTZ1–CTZ3 serisinde TEO miktarı artırıldığında antibakteriyel etkinin artması, CTZ4–CTZ2–CTZ5 serisinde ZnO miktarının değiştirilmesiyle bakteriyel canlılığın değişmesi her iki bileşenin katkıda bulunduğunu desteklemektedir. Fakat “katkı var” ile “matematiksel/deneysel sinerji kanıtlandı” aynı iddia değildir.

FTIR analizi hangi yapısal işaretleri gösterdi?

FTIR, moleküler bağların kızılötesi ışınımı hangi dalga sayılarında soğurduğunu ölçerek fonksiyonel gruplar hakkında bilgi sağlar. Spektrumlar Nicolet iS50 FTIR cihazında ATR modülü ve DTGS dedektörü kullanılarak 400–4000 cm⁻¹ aralığında, 4 cm⁻¹ çözünürlük ve 32 tarama ortalamasıyla kaydedilmiştir.

1289 cm⁻¹ bandının bütün CTZ filmlerinde gözlenmesi TEO varlığıyla ilişkilendirilmiş, en yüksek yoğunluk en fazla TEO içeren CTZ3'te görülmüştür. FTIR mikroskopi haritaları genel olarak homojen dağılıma işaret etmiş ve TEO için büyük bir dağılım gradyanı görülmemiştir.

FTIR haritalarının makroskopik/kimyasal homojenlik göstermesi ile SEM'de yerel ZnO agregasyonlarının gözlenmesi birbirini zorunlu olarak dışlamaz. İki yöntem farklı uzamsal ölçeklere ve farklı fiziksel özelliklere duyarlıdır.

Film şeffaflığı ve UV bariyeri nasıl değişmiştir?

UV-Vis ölçümleri JASCO V560 cihazında 200–900 nm aralığında, difüz yansıma modunda ve 60 mm entegrasyon küresi kullanılarak yapılmıştır.

Burada \(A_{600}\), 600 nm'deki absorbans değeridir; \(x\), filmin üç noktada ölçülen ortalama kalınlığıdır ve kaynak bunu milimetre cinsinden tanımlar. Daha yüksek değer daha düşük şeffaflık anlamına gelir. Absorbans boyutsuz ve kalınlık mm olduğundan matematiksel olarak oran mm⁻¹ türünde düşünülebilir; ancak kaynak Tablo 2'de opaklık için ayrıca bir birim yazmamıştır.

Kaynak CTZ4'ü kompozitler arasında en şeffaf örnek olarak tarif etmektedir; bu yorum opaklık indeksinde CTZ4'ün en düşük kompozit değerine, 0,099'a sahip olmasıyla uyumludur. Bununla birlikte Tablo 2'de görünür bölge toplam geçirgenliği CTZ1 için %90,78 ve CTZ4 için %90,59'dur. Dolayısıyla “şeffaflık” kelimesinin opaklık indeksi mi yoksa görünür geçirgenlik yüzdesi mi üzerinden kullanıldığı ayrıştırılmalıdır.

Fotolüminesans ölçümü neyi gösterdi?

Fotolüminesans (PL), malzemenin ışıkla uyarıldıktan sonra yayımladığı ışığı ölçer. Ölçüm Perkin Elmer LS55 cihazında 320 nm uyarma dalga boyu, 350 nm cutoff filtresi, 200 nm/dakika tarama hızı ve 10 nm yarıklarla yapılmıştır.

CMC0 filmi yüksek floresans emisyonu göstermiştir. Kaynak bunu polisakkaritlerin katı hâlde gösterebildiği agregasyon kaynaklı emisyon davranışıyla ilişkilendirmektedir. ZnO ve TEO eklendiğinde floresans şiddeti belirgin biçimde azalmıştır. CTZ1–CTZ3 serisinde TEO miktarı arttıkça orta düzeyde azalma, CTZ4–CTZ2–CTZ5 ZnO serisinde ise ZnO miktarı arttıkça daha keskin azalma bildirilmiştir.

Yazarların açıklamasına göre ZnO parçacıkları ve TEO molekülleri CMC zincirleri arasına dağılarak daha önceki yakın zincir paketlenmesini bozabilir ve ışınımsız enerji kaybı yollarını artırabilir. Bu mikroskobik açıklama kaynak tarafından önerilen mekanistik yorumdur; çalışma zincirler arası elektronik etkileşimi doğrudan ayrı bir deneyle ölçmemiştir.

SEM ve EDX ne göstermiştir?

Taramalı elektron mikroskopisi (SEM) film yüzey morfolojisini, enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX/EDS) ise yüzeydeki element dağılımını incelemek için kullanılmıştır. Cihaz QUANTA INSPECT F50'dir.

CMC0 kontrol filmi düzgün ve kompakt bir yüzeye sahiptir. CTZ1–CTZ3 serisinde TEO miktarı yükseldikçe önce daha çok damlacık dağılımı, daha sonra daha büyük damlacık oluşumu görülmüştür. Kaynak, ZnO nanoparçacıklarının TEO damlacıklarının kenarlarında yerel olarak birikme eğilimi gösterdiğini bildirmektedir.

CTZ4–CTZ2–CTZ5 ZnO serisinde en az ZnO içeren CTZ4 en düzgün yüzeye sahip örnektir. En fazla ZnO içeren CTZ5 ise en az uniform yüzeyi göstermiş; büyük yüzey çukurları ve gözenekler ile bu bölgelerde yoğun ZnO birikimi gözlenmiştir. Kaynak bu gözeneklerin film kalınlığını tamamen geçen bağlantılı bir ağ oluşturmadığını, daha çok yüzey kusurları niteliğinde olduğunu yorumlamaktadır.

SEM ve EDX mikrografları gerçek deneysel görüntüler olduğundan Verianla tarafından sahte mikroskopi olarak yeniden üretilmemiştir.

Termal analiz hangi aşamaları göstermiştir?

Termal davranış STA 449C Jupiter TG-DSC sistemiyle 20–900 °C arasında ve 50 mL/dakika hava akışında incelenmiştir. TG eğrisi numunenin sıcaklıkla kütle kaybını, DSC eğrisi ise endotermik veya ekzotermik ısıl olayları gösterir.

Kaynağın yorumuna göre yaklaşık 150 °C'ye kadar başlıca artık su ve TEO'nun daha uçucu bileşenleri uzaklaşmaktadır. 150–340 °C aralığında CMC matrisi bozunmakta, yapısal su kaybı ve bazı oksidasyon olayları gerçekleşmekte, daha yüksek kaynama noktalı thymol, borneol ve carvacrol gibi TEO bileşenleri uzaklaşmaktadır. 340 °C'nin üzerinde CMC'den kalan karbonlu kalıntı hava ortamında yanmaktadır.

T_1%, T_5% ve T_10%, başlangıç kütlesinin sırasıyla %1, %5 ve %10'unun kaybedildiği sıcaklıklardır. CMC0 bu sıcaklıklarda genel olarak en düşük değerlere sahipken ZnO içeren filmler daha yüksek değerler göstermiştir.

CTZ4 → CTZ2 → CTZ5 serisinde ZnO miktarı arttıkça 340 °C'ye kadar toplam kütle kaybı %73,06 → %68,65 → %65,52'ye düşmüş ve kalan kütle %9,23 → %11,90 → %15,30'a yükselmiştir. Kaynak bunu ZnO'nun termal olarak daha kararlı inorganik faz olması ve polimer ağındaki fiziksel rolüyle ilişkilendirmektedir.

Su Buharı Geçirgenliği WVP Neyi Ölçer?

Su buharı geçirgenliği, belirli bir kalınlıktaki filmin iki tarafındaki su buharı basınç farkı altında su moleküllerini ne ölçüde geçirdiğini ifade eder; bu çalışmada daha düşük WVP değeri filmin neme karşı daha güçlü bariyer oluşturduğu anlamına gelir. Ölçüm 25 °C'de, 100% bağıl nem gradyenti ve 3169 Pa buhar basıncı farkı altında yapılmıştır.

Deneyde 1,2 cm çaplı cam flakonların ağzı filmle kapatılmış ve her flakona 1,1 g susuz CaCl₂ konmuştur. Flakonlar 25 °C ve %100 RH ortamına yerleştirilmiş, zamanla kazanılan kütle su buharı geçişinin göstergesi olarak kullanılmıştır.

Kaynak notasyonu: Makale Denklem (2)'nin sol tarafında “WPV” yazmaktadır; bölüm başlığı, metin ve Tablo 2 ise aynı özelliği “WVP” olarak adlandırır. Verianla bu farkı sessizce düzeltmemiştir.

• \(M_0\): flakonun başlangıç kütlesi.
• \(M_t\): \(t\) zamanındaki flakon kütlesi.
• \(M_t-M_0\): filmden geçerek CaCl₂ tarafından tutulmuş suya bağlı kütle artışı.
• \(\Delta t\): ölçüm süresi, saniye.
• \(\Delta P\): filmin iki tarafındaki su buharı basıncı farkı; bu deneyde 3169 Pa.
• \(S\): açık film alanı, m².
• \(L\): film kalınlığı, m.

Denklemde kütle artışı büyüdükçe WVP artar; daha uzun süre, daha büyük basınç farkı veya daha büyük açık alan için aynı kütle geçişi gözleniyorsa normalize edilmiş geçirgenlik düşer. Kalınlık çarpanı, farklı kalınlıktaki filmlerin karşılaştırılmasını sağlar.

Bütün CTZ filmleri CMC0'dan daha düşük WVP göstermiştir. TEO damlacıkları hidrofobik oldukları için suyun doğrudan ilerleyebileceği hidrofilik yolları kesebilir; ZnO parçacıkları ise geçirimsiz fiziksel engeller oluşturarak yol uzunluğunu artırabilir. Kaynak ayrıca ZnO'nun polimer zincirlerini daha sıkı bir ağ hâline getiren düğümler gibi davranabileceğini ve serbest çinko iyonlarının “egg-box” benzeri daha sıkı bir ağ oluşumuna katkıda bulunabileceğini önermektedir. Bunlar yapısal yorumlardır; çalışma zincirler arasındaki gerçek ağ topolojisini doğrudan moleküler düzeyde ölçmemiştir.

Mekanik özellikler nasıl hesaplandı?

Mekanik testler Instron 5965 üniversal test cihazında 5 kN yük hücresiyle, ISO 527-1:2019 ve ISO 527-3:2018 rehberliğinde Tip 1B numuneler kullanılarak yapılmıştır. Başlangıç kavrama mesafesi 50 mm, çapraz kafa hızı 50 mm/dakikadır. Her film için üç numune test edilmiş, film kalınlığı kalibre edilmiş mikrometreyle beş rastgele noktada ölçülmüştür.

\(TS\), çekme dayanımıdır; numunenin kopmadan önce taşıdığı maksimum gerilimi temsil eder. \(F_{\max}\), maksimum yük ve kaynakta N olarak verilir. \(A\), başlangıç kesit alanıdır ve kaynak bunu m² olarak tanımlar. N/m² matematiksel olarak Pa'dır; kaynak sonuçlarını MPa olarak raporladığı için sayısal sunumda megapascal dönüşümü uygulanmış olması gerekir, ancak dönüşüm adımı denklemde ayrıca yazılmamıştır.

\(L_1\), başlangıç uzunluğu; \(L_2\), kopma anındaki son uzunluktur. Oran, başlangıç uzunluğuna göre bağıl uzamayı verir. Kaynakta Denklem (4) bu biçimde ve ×100 çarpanı olmadan yazılmıştır; buna karşılık sonuçlar EB (%) olarak raporlanmıştır. Boyutsuz uzama oranının yüzde olarak ifade edilmesi matematiksel olarak 100 ile ölçekleme gerektirir. Verianla kaynak denklemine sessizce ×100 eklememiştir.

Young modülü ayrı bir kapalı formülle verilmemiş, gerilme–gerinim eğrisinin elastik bölgesindeki eğimden hesaplanmıştır. Young modülü yükseldikçe malzeme daha rijit, yani aynı gerinimi oluşturmak için daha yüksek gerilim gerektiren bir yapıya sahip olur.

CTZ1 en yüksek çekme dayanımına sahiptir. CTZ1 ve CTZ2 en yüksek kopma uzamalarını gösterir. CTZ5 ise çok yüksek Young modülü nedeniyle en rijit filmdir; fakat yüksek rijitlik daha yüksek çekme dayanımı veya daha yüksek esneklik anlamına gelmemektedir.

Kaynak ZnO parçacıklarının CMC zincirleri arasında ilave bağlantı/düğüm noktaları gibi davranabileceğini, TEO bileşenlerinin ise bazı hidrojen bağlarını bozarak zincir hareketliliğini artırabileceğini tartışmaktadır. CTZ5'teki yerel ZnO agregasyonları ve yüzey kusurları da yüksek rijitliğe rağmen çekme dayanımı ve uzamanın sınırlı kalmasına katkıda bulunabilecek yapısal açıklama olarak sunulmuştur.

Tek Bir En İyi Film Formülasyonu Var mı?

Hayır. CTZ3 en düşük WVP, en düşük 14 günlük peynir kütle kaybı ve en büyük bildirilen inhibisyon zonunu gösterirken; CTZ1 en yüksek çekme dayanımına, CTZ5 en yüksek Young modülüne ve en yüksek termal kalıntı kütlesine, CTZ4 ise kompozitler arasında en düşük opaklık indeksine sahiptir. Bu nedenle optimum formülasyon hedeflenen antibakteriyel, bariyer, esneklik, rijitlik veya optik özelliğe göre değişmektedir.

Antibakteriyel mekanizma ne ölçüde doğrudan kanıtlandı?

Çalışmanın doğrudan ölçtüğü biyolojik sonuçlar inhibisyon zonları ve canlı bakteri sayılarıdır. ROS oluşumu, Zn²⁺ salımı, bakteriyel membranın mekanik hasarı, Ag43 baskılanması, quorum sensing müdahalesi veya thymol/carvacrol–protein etkileşimleri bu çalışmada ayrı deneylerle ölçülmemiştir. Yazarlar bu mekanizmaları önceki literatür üzerinden olası açıklamalar olarak tartışmaktadır.

Bu nedenle “ZnO bu filmde şu miktarda ROS üreterek bakteriyi öldürdü” gibi nicel bir sonuç kaynakta bulunmamaktadır. Doğru ifade, gözlenen antibakteriyel performansın ZnO ve TEO için literatürde tanımlanmış farklı mekanizmalarla uyumlu olduğudur.

Bu Filmler Peynirin Raf Ömrünü 14 Güne Kesin Olarak Uzatıyor mu?

Hayır. Çalışmanın 4 °C'de 14 günlük ön peynir testleri kompozit filmlerin kütle kaybını azalttığını, pH'ı daha kararlı tuttuğunu, görünür yumuşak/beyaz görünümü koruduğunu ve inoküle edilmiş dilimlerde S. aureus'u 3. günden itibaren tespit sınırının altına düşürdüğünü göstermektedir; ancak daha uzun depolama, kapsamlı doğal bozulma mikrobiyotası, duyusal kabul ve ticari raf ömrü doğrulaması yapılmamıştır.

İki peynir deneyi birbirinden nasıl ayrılır?

Çalışmada birbirine karıştırılmaması gereken iki peynir değerlendirmesi vardır.

1. Genel paketleme testi: yaklaşık 20 mm kenarlı, sonuç bölümünde yaklaşık 8–9 g olarak tarif edilen peynir parçaları filmlere sarılmış ve 4 °C, %75 RH'de 14 gün saklanmıştır. Kütle kaybı, görünüm ve pH değerlendirilmiştir.
2. S. aureus challenge testi: yaklaşık 5 mm kalınlığında ve yaklaşık 5 g peynir dilimleri UV ile iki yüzünden 20 dakika işlenmiş, yaklaşık 5 log CFU/g S. aureus ile inoküle edilmiş, filmlerle temas ettirilmiş ve 4 ± 1 °C'de 0, 3, 7 ve 14. günlerde mikrobiyolojik olarak analiz edilmiştir.

N.D. ne anlama gelir?

Table 4'teki N.D., “not detected”, yani kullanılan analitik yöntemle tespit edilemedi anlamındadır. Bu ifade mutlak biyolojik sıfır anlamına gelmez. Kaynak bu deney için sayısal tespit limitini raporlamadığı için N.D. değerleri “0 CFU/mL” olarak değiştirilmemelidir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

1. Film üretimi

5 g CMC, 100 mL su içinde karıştırılarak çözündürülmüş ve 2 mL gliserol eklenmiştir. ZnO nanoparçacıkları ve TEO ayrı olarak 10 mL %10 Tween 80 çözeltisinde ultrasonikasyonla dağıtılmıştır. Her formülasyona 0,1 g sitrik asit eklenmiş; karışım 30 dakika karıştırılmış ve kabarcıkları gidermek için 15 dakika ultrasonikasyon uygulanmıştır. Karışımlar Petri kaplarına dökülmüş, 40 °C'de 12 saat kurutulmuş ve elde edilen filmler soyularak plastik kilitli poşetlerde saklanmıştır.

2. FTIR ve FTIR mikroskopisi

Nicolet iS50 FTIR: 400–4000 cm⁻¹, 32 tarama, 4 cm⁻¹ çözünürlük. FTIR mikroskopi haritaları Nicolet iS10MX ile 4000–650 cm⁻¹ aralığında alınmıştır. Kaynak haritalarda ZnO ve TEO'nun genel olarak polimer matrisi içinde iyi dağıldığını bildirmektedir.

3. UV-Vis

JASCO V560; 200–900 nm; difüz yansıma; 60 mm entegrasyon küresi. Opaklık Denklem (1) ile hesaplanmış ve film kalınlığı 20 × 20 mm örneğin üç konumunda ölçülmüştür.

4. Fotolüminesans

Perkin Elmer LS55; uyarma 320 nm; cutoff filtre 350 nm; tarama hızı 200 nm/dakika; yarık genişlikleri 10 nm. ZnO ve TEO eklendiğinde CMC0'ın güçlü emisyonu önemli ölçüde azalmıştır.

5. SEM ve EDX

QUANTA INSPECT F50 ile film yüzeyi incelenmiş; cihazdaki EDX sistemi element dağılım haritaları için kullanılmıştır. CTZ5 en belirgin yüzey kusurları ve ZnO agregasyonlarını göstermiştir.

6. TG-DSC

STA 449C Jupiter cihazı; 20–900 °C; hava akışı 50 mL/dakika. ZnO miktarı arttıkça özellikle kalıntı kütlenin artması ve 340 °C'ye kadarki kütle kaybının azalması termal kararlılığın arttığı yönünde yorumlanmıştır.

7. WVP

1,2 cm çaplı cam flakon, 1,1 g susuz CaCl₂, 25 °C, %100 RH ve 3169 Pa buhar basıncı farkı kullanılmıştır. Ölçümler üç tekrar yapılmıştır. Bütün CTZ filmleri CMC0'dan daha düşük WVP göstermiştir.

8. Mekanik test

Instron 5965; 5 kN yük hücresi; Tip 1B numune; 50 mm başlangıç kavrama mesafesi; 50 mm/dakika test hızı; film başına üç numune. Kalınlık beş rastgele konumda ölçülmüştür. İstatistiksel olarak mekanik yanıt özellikten özelliğe değişmiş, dolayısıyla bütün kompozitlerin bütün mekanik ölçütlerde aynı yönde iyileştiği sonucuna gidilmemelidir.

9. Nitel antibakteriyel test

S. aureus ATCC 25923 ve E. coli ATCC 25922 kullanılmıştır. 24 saatlik kültürlerden 0,5 McFarland, yaklaşık 1,5–3 × 10⁸ CFU/mL süspansiyon hazırlanmış ve modifiye Kirby–Bauer disk difüzyon yöntemi uygulanmıştır. Plaklar 37 °C'de 18–24 saat inkübe edilmiş ve inhibisyon zonları mm olarak ölçülmüştür. Deneyler üç tekrar yapılmıştır.

10. Planktonik hücre testi

24 kuyulu steril plakanın her kuyusuna film örneği, 1 mL besiyeri ve 10 µL 0,5 McFarland mikrobiyal süspansiyon eklenmiştir. Plaklar 37 °C'de tutulmuş; 2, 4, 8 ve 24 saatlerde seri ondalık dilüsyonlar hazırlanmış ve 10 µL örnekler besiyerine çift ekimle aktarılmıştır.

2 saat sonunda CTZ2, CTZ3 ve CTZ5 en güçlü etkiler arasında yer almış; CTZ3 ve CTZ5 için E. coli'nin tamamen uzaklaştırıldığı belirtilmiştir. 4 saatlik zaman noktasında kaynak her iki bakteriden de canlı hücre geri kazanılmadığını bildirmektedir.

11. Peynir paketleme testi

Yaklaşık 20 mm kenarlı yumuşak peynir parçaları CTZ filmlerine sarılmış ve 4 °C, %75 RH'de iki hafta tutulmuştur. Kütle günlük olarak ölçülmüş, pH başlangıçta ve iki hafta sonunda belirlenmiştir. Testler üç tekrar yapılmıştır.

Kaynak CTZ2, CTZ4 ve CTZ5'in kütle kaybı bakımından istatistiksel olarak benzer olduğunu, CTZ1–CTZ3 TEO serisinde ise TEO miktarı arttıkça kütle kaybında belirgin azalma bulunduğunu belirtmektedir.

12. S. aureus ile inoküle edilmiş peynir testi

Yaklaşık 5 mm kalınlık ve yaklaşık 5 g ağırlığındaki peynir dilimleri iki yüzünden 20 dakika UV ışığına maruz bırakılmış, yaklaşık 5 log CFU/g S. aureus ile inoküle edilmiştir. Filmler peynirle temas ettirilmiş ve örnekler 4 ± 1 °C'de 14 gün saklanmıştır.

0, 3, 7 ve 14. günlerde numuneler %0,1 peptonlu su içeren stomacher torbalarına alınmış, 90 saniye homojenize edilmiş, seri dilüsyonlar Baird-Parker agara ekilmiş ve 37 °C'de 48 saat inkübe edilmiştir.

Başlangıç inokülasyon hedefi CFU/g, son analiz ise log CFU/mL biçiminde raporlanmıştır. Bu nedenle “5 log CFU/g başlangıç hedefi” ile Table 4'teki gün 0 değerlerini birim ve numune işleme farklarını yok sayarak doğrudan aynı sayı gibi değerlendirmek doğru değildir.

Kaynak sonuç bölümünde kontrol kodunu bir cümlede “CTMC0” olarak yazmıştır; çalışmanın bütün diğer tablolarında ve deney düzeninde kontrol filmi CMC0 olarak kodlandığından bu durum kaynak içi bir kodlama/yazım tutarsızlığı olarak not edilmiştir.

13. İstatistiksel analiz

Veriler Microsoft Excel 2016 ve XLSTAT 2020.5.1 ile analiz edilmiştir. Normal dağılım Shapiro–Wilk testi, artıkların varyans homojenliği Levene testiyle değerlendirilmiş; gruplar ANOVA sonrasında Tukey HSD ile karşılaştırılmıştır. İstatistiksel anlamlılık eşiği p < 0,05'tir.

Birçok ölçüm n = 3 olarak raporlanmaktadır. Kaynak, bu tekrarların her durumda üç tamamen bağımsız film üretim partisi olup olmadığını açık biçimde ayrıştırmamaktadır. Bu nedenle n = 3 değerleri otomatik olarak üç bağımsız üretim batch'i şeklinde yorumlanmamalıdır.

14. Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• ZnO ve TEO içeren CMC kompozitleri laboratuvar ölçeğinde film hâlinde üretilebilmiştir.
• FTIR ve haritalama, TEO ve ZnO ile uyumlu kimyasal işaretlerin film matrisi içinde bulunduğunu desteklemiştir.
• Kompozit filmler görünür ışık geçirgenliğinin büyük bölümünü korurken UV-A ve UV-B geçirgenliğini güçlü biçimde azaltmıştır.
• Bütün CTZ filmlerinde WVP, CMC0 kontrolünden daha düşüktür.
• ZnO ve TEO miktarı film morfolojisini, mekanik özellikleri, floresansı ve termal davranışı etkilemiştir.
• Antibakteriyel testlerde CTZ filmleri S. aureus ve E. coli canlılığını hızla azaltmıştır.
• CTZ3'te inhibisyon zonu 30 mm'ye kadar ulaşmıştır.
• 4 saatlik ölçüm noktasında planktonik S. aureus ve E. coli için canlı hücre geri kazanılmadığı raporlanmıştır.
• Kompozit filmler 14 günlük peynir testinde CMC0'a göre daha düşük kütle kaybı göstermiştir.
• S. aureus ile inoküle edilen peynirlerde bütün CTZ grupları 3. günden itibaren N.D. olarak raporlanmıştır.

15. Çalışmanın desteklemediği sonuçlar

• ZnO ve TEO arasında formal matematiksel sinerjinin kanıtlandığı söylenemez; tek aktif bileşenli kontrol filmleri bulunmamaktadır.
• ZnO nanoparçacıklarının peynir içine göç etmediği bu çalışma tarafından gösterilmemiştir; göç ölçülmemiştir.
• İyonik çinko migrasyonu da bu deneyde nicelleştirilmemiştir.
• TEO'nun filmden salım kinetiği doğrudan ölçülmemiştir.
• ROS oluşumu, Zn²⁺ salımı veya gerçek bakteriyel membran hasarı bu çalışmada doğrudan mekanistik deneylerle ölçülmemiştir.
• “Biyobozunur” platform tanımlaması ayrı bir biyobozunma/kompostlaşma testiyle doğrulanmamıştır.
• Bütün mekanik özelliklerin her CTZ formülasyonunda iyileştiği söylenemez; özellikle EB ve TS sonuçları formülasyona göre farklı yönlerde değişmiştir.
• Tek bir evrensel optimum CTZ formülasyonu belirlenmemiştir.
• Peynirde 14 günden uzun koruma gösterilmemiştir.
• Kapsamlı doğal bozulma mikrobiyotası, maya/küf topluluğu veya tüm gıda patojenleri peynir üzerinde test edilmemiştir.
• E. coli için peynir matrisi challenge testi raporlanmamıştır; peynir üzerindeki inokülasyon testi S. aureus'a yöneliktir.
• Tüketici duyusal kabulü, tat, koku veya TEO aromasının peynir üzerindeki etkisi değerlendirilmemiştir.
• Laboratuvar filmlerinin endüstriyel üretim hattında aynı performansı göstereceği kanıtlanmamıştır.
• Gıda temasına ilişkin nihai düzenleyici uygunluk bu çalışmayla tek başına gösterilmemiştir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Özgün çalışma: Antibacterial Packaging for Cheese Based on Carboxymethyl Cellulose Composite with Zinc Oxide and Thyme Essential Oil

Yazarlar: Ludmila Motelica; Ovidiu-Cristian Oprea; Anton Ficai; Roxana Doina Trusca; Denisa Ficai; Catalina-Elena Constantin; Alina Maria Holban; Gabriel Mustatea; Elena Loredana Cirstoiu (Ungureanu); Carmen Curutiu.

Yazar sırası: Kaynak PDF'deki sıra aynen korunmuştur.

Eş katkı: Kaynakta eş katkı/eş birinci yazarlık bildirimi görülmemektedir.

Sorumlu yazar: Ovidiu-Cristian Oprea.

Afiliasyon 1: Research Institute of the University of Bucharest (ICUB), University of Bucharest, Bucharest, Romania.

Afiliasyon 2: Research Center for Advanced Materials, Products and Processes, National University of Science and Technology POLITEHNICA Bucharest, Bucharest, Romania.

Afiliasyon 3: National Research Center for Micro and Nanomaterials, Faculty of Chemical Engineering and Biotechnologies, National University of Science and Technology POLITEHNICA Bucharest, Bucharest, Romania.

Afiliasyon 4: Academy of Romanian Scientists, Bucharest, Romania.

Afiliasyon 5: Faculty of Chemical Engineering and Biotechnologies, National University of Science and Technology POLITEHNICA Bucharest, Bucharest, Romania.

Afiliasyon 6: Faculty of Biology, University of Bucharest, Bucharest, Romania.

Afiliasyon 7: National R&D Institute for Food Bioresources—IBA Bucharest, Bucharest, Romania.

Dergi: Foods.

Yayınevi: MDPI, Basel, Switzerland.

Cilt / sayı / makale numarası: 15 / 10 / 1724.

DOI: 10.3390/foods15101724.

Resmî yayın kimliği: Foods 2026, 15(10), 1724; DOI 10.3390/foods15101724.

Gönderim: 28 Mart 2026.

Revizyon: 9 Mayıs 2026.

Kabul: 12 Mayıs 2026.

Yayın: 14 Mayıs 2026.

Kaynak türü: Laboratuvar ölçekli polimer-kompozit malzeme geliştirme, gıda ambalajı karakterizasyonu, in vitro antibakteriyel deney ve peynir matrisi saklama/challenge çalışması.

Hakemlik durumu: Foods dergisinde yayımlanmış version of record.

Preprint durumu: Yüklenen kaynak yayımlanmış dergi sürümüdür; kaynakta ayrı bir preprint kimliği bildirilmemektedir.

Lisans: Creative Commons Attribution (CC BY).

Akademik editör: Amalia Conte.

Finansman: PN-IV-P6-6.1-CoEx-2024-0025/11CoEx/2026 “Strategii inovative pentru asigurarea securității nutriționale prin stimularea exploatării resurselor de proteine sustenabile” PROfutureFood projesi.

Etik kurul: Uygulanabilir değil.

Bilgilendirilmiş onam: Uygulanabilir değil.

Veri erişilebilirliği: Kaynak, çalışmanın özgün katkılarının makale içinde bulunduğunu ve ek soruların sorumlu yazara yöneltilebileceğini belirtmektedir.

Çıkar çatışması: Yazarlar çıkar çatışması bulunmadığını beyan etmiştir.

Yazar katkıları: Ludmila Motelica ve Ovidiu-Cristian Oprea kavramsallaştırma ve yöntem; Ludmila Motelica, Ovidiu-Cristian Oprea, Roxana Doina Trusca, Carmen Curutiu, Anton Ficai, Denisa Ficai, Gabriel Mustatea ve Elena Loredana Cirstoiu (Ungureanu) araştırma; Ludmila Motelica, Ovidiu-Cristian Oprea, Alina Maria Holban ve Catalina-Elena Constantin ilk taslak; Roxana Doina Trusca, Carmen Curutiu, Ludmila Motelica, Ovidiu-Cristian Oprea, Alina Maria Holban, Catalina-Elena Constantin, Anton Ficai, Denisa Ficai, Gabriel Mustatea ve Elena Loredana Cirstoiu (Ungureanu) gözden geçirme/düzenleme; Ovidiu-Cristian Oprea danışmanlık ve finansman edinimi; Ludmila Motelica proje yönetimi görevlerini üstlenmiştir.

Formül notu 1: Kaynak Denklem (2)'de su buharı geçirgenliği sembolünü “WPV”, bölüm ve tabloda “WVP” olarak yazmaktadır. Bu kaynak-içi notasyon farkı korunmuştur.

Formül notu 2: Kaynak Denklem (4)'te EB (%) ifadesini \((L_2-L_1)/L_1\) olarak verir ve ×100 çarpanını yazmaz. Verianla denklemi sessizce değiştirmemiş; matematiksel yüzde dönüşümü ayrı açıklanmıştır.

Zamanlama notu: Planktonik hücrelerin tamamen ortadan kalkma süresi kaynak özetinde 3 saat, sonuç metninde 4 saat ve sonuç bölümünde 3–4 saat olarak geçmektedir. Yöntemde gerçek örnekleme zamanları 2, 4, 8 ve 24 saattir.

Kontrol kodu notu: Kaynak pH sonuçları paragrafında bir kez “CTMC0” yazmaktadır; bütün diğer deney ve tablolar kontrol kodunu CMC0 olarak verir.

Sinerji sınırı: CTZ1–CTZ5 filmlerinin tamamı ZnO ve TEO'yu birlikte içerir. TEO-only ve ZnO-only kompozit film kontrolü yoktur. Bu nedenle çalışma tamamlayıcı aktiviteyi güçlü biçimde desteklese de formal sinerji katsayısı veya tek bileşen karşılaştırmalı sinerji testi üretmemektedir.

Biyobozunurluk sınırı: Makale CMC/ZnO/TEO yapısını biyobozunur ambalaj platformu olarak tanımlar; mevcut çalışmada ayrı bir biyobozunma veya kompostlaşma testi raporlanmamıştır.

Gıda teması güvenliği sınırı: Kaynak, ZnO nanoparçacıklarının CMC matrisinden paketlenen peynire salımını/göçünü bu çalışmada ölçmediğini açıkça belirtmektedir. Bu nedenle ambalajın nihai düzenleyici gıda temas güvenliği bu çalışma tarafından tek başına doğrulanmış değildir.

Mekanizma sınırı: ROS, Zn²⁺ salımı, membran hasarı ve TEO bileşenlerinin bakteriyel hedefleri kaynakta literatürle desteklenen önerilen mekanizmalardır; bu mekanizmalar mevcut film sisteminde ayrı biyokimyasal deneylerle doğrudan nicelleştirilmemiştir.

Peynir raf ömrü sınırı: Çalışma 14 günlük soğuk depolamada olumlu koruyucu sonuçlar göstermiştir; 14 günden sonraki raf ömrü, tüketici duyusal kabulü ve tam doğal bozulma mikrobiyotası değerlendirilmemiştir.