Filamu ya kompoziti ya selulosi ya karboksimethili/oksidi ya zinki/mafuta muhimu ya thyme (CMC/ZnO/TEO) ni nyenzo inayotarajiwa kutumika kama kifungashio hai cha chakula, ambamo chembechembe nano za oksidi ya zinki (ZnO NPs) na mafuta muhimu ya thyme (thyme essential oil, TEO) zimeingizwa pamoja ndani ya matriksi ya selulosi ya karboksimethili inayotengeneza filamu. Katika utafiti, miundo sita ya filamu yenye msingi wa 5 g CMC iliandaliwa; kiasi cha ZnO na TEO kilibadilishwa kwa utaratibu na muundo wa kemikali, mofolojia ya uso, sifa za macho, tabia ya joto, upenyezaji wa mvuke wa maji, sifa za kimitambo na utendaji wa antibakteria vilichunguzwa. Filamu pia zilitathminiwa kwenye jibini laini lililohifadhiwa kwa siku 14 katika 4 °C.

Filamu dhibiti CMC0 inawakilisha udhibiti wenye msingi wa CMC usio na viambato hai vya ZnO/TEO, ilhali filamu zote CTZ1–CTZ5 zina ZnO na TEO kwa pamoja. Katika mfululizo wa CTZ1, CTZ2 na CTZ3, kiasi cha ZnO kilidumishwa katika 0,50 g huku TEO ikiongezwa mtawalia hadi 0,5, 1 na 2 mL. Katika ulinganisho wa CTZ4, CTZ2 na CTZ5, TEO ilidumishwa katika 1 mL huku kiasi cha ZnO kikibadilishwa mtawalia kuwa 0,25, 0,50 na 1,00 g. Muundo huu huruhusu kuchunguza athari ya kiasi cha kila kiambato hai; hata hivyo, kwa kuwa hakuna filamu za ZnO-only na TEO-only, huu si mtihani wa kawaida wa kiasi wa sinergia.

Filamu za kompoziti zilidumisha upitishaji mkubwa wa mwanga unaoonekana huku zikizuia kwa nguvu mwanga wa UV. Katika filamu CMC0, upitishaji wa UV-A ulikuwa %76,21, ilhali katika filamu za CTZ ulikuwa %6,10–6,56; upitishaji wa UV-B ulikuwa %43,23 na %7,31–7,74 katika kompoziti. Upitishaji katika eneo linaloonekana ulikuwa %97,30 kwa CMC0 na %88,80–90,78 kwa filamu za CTZ.

Upenyezaji wa mvuke wa maji ulikuwa 0,77 ± 0,02 × 10⁻¹⁰ g/(Pa·m·s) katika filamu CMC0 na ulikuwa wa chini katika filamu zote za kompoziti. Thamani ya chini zaidi ilikuwa 0,40 ± 0,02 × 10⁻¹⁰ g/(Pa·m·s) katika CTZ3 yenye 2 mL TEO na 0,50 g ZnO. Chanzo kinaeleza tabia hii kwa matone ya TEO yenye haidrofobia, chembe za ZnO zisizopenyeza na kulazimika kwa molekuli za maji kufuata njia yenye mikunjo zaidi ndani ya filamu. Utaratibu huu ni tafsiri ya kifizikia iliyopendekezwa katika chanzo; njia halisi za kila molekuli ya maji hazikuonyeshwa moja kwa moja.

Matokeo ya kimitambo hayafuati mwelekeo mmoja. Nguvu ya mkazo ilikuwa 2,37 ± 0,10 MPa katika CMC0 na ilifikia thamani ya juu zaidi ya 7,54 ± 0,26 MPa katika CTZ1. Ingawa moduli ya Young ya CTZ5 ilikuwa ya juu sana, 37,11 ± 3,19 MPa, nguvu yake ya mkazo ilikuwa 3,07 ± 0,51 MPa na urefukaji wakati wa kuvunjika ulikuwa %34,58 ± 4,95. Urefukaji wakati wa kuvunjika wa CTZ4 ulikuwa %19,69 ± 2,83 pekee. Kwa hiyo, hitimisho kwamba “ZnO au TEO zaidi huboresha kila sifa ya kimitambo kwa kuendelea” haliungwi mkono.

Katika majaribio ya antibakteria, filamu za CTZ zilionyesha shughuli kubwa dhidi ya Staphylococcus aureus ATCC 25923 na Escherichia coli ATCC 25922. Katika jaribio la disk diffusion, eneo la uzuiaji lilifikia 30 mm kwa CTZ3. Chanzo kiliripoti ongezeko kutoka 18 mm hadi 28 mm TEO ilipoongezwa kutoka CTZ1 hadi CTZ2, na ongezeko dogo zaidi hadi 30 mm katika CTZ3.

Katika jaribio la seli planktoniki, baada ya saa 2 CTZ2, CTZ3 na CTZ5 zilikuwa miongoni mwa miundo yenye nguvu zaidi, na kuondolewa kabisa kwa ukuaji wa E. coli kuliripotiwa kwa CTZ3 na CTZ5. Kuna kutofautiana ndani ya chanzo kuhusu muda wa kuondolewa kabisa: muhtasari wa makala unasema “saa 3”, matokeo ya jaribio “saa 4”, na sehemu ya hitimisho “saa 3–4”. Kwa kuwa mbinu inaonyesha nyakati za uchukuaji sampuli kuwa saa 2, 4, 8 na 24, kauli salama zaidi kwa matokeo ya moja kwa moja ya jaribio ni kwamba katika muda wa saa 4 hakuna seli hai iliyopatikana tena kutoka kwa bakteria wote wawili.

Katika majaribio ya jibini laini, upotevu wa uzito wa siku 14 katika sampuli zilizofungwa kwa filamu za kompoziti ulipungua kutoka %30,57 ± 0,68 katika udhibiti wa CMC0 hadi kiwango cha %16,49–21,60. Upotevu wa uzito wa chini zaidi ulikuwa %16,49 ± 0,02 katika CTZ3. pH ya awali ya jibini ilikuwa 4,51; chanzo kinaripoti kuwa pH haikubadilika baada ya siku 14 katika filamu za kompoziti, lakini iliongezeka hadi 5,13 katika udhibiti uliofungwa kwa CMC0.

Katika jaribio tofauti la mikrobiolojia ya jibini, vipande vya jibini vilivyoingizwa takribani 5 log CFU/g S. aureus viliwekwa katika mguso na filamu za CTZ. Katika makundi yote ya filamu za kompoziti, kuanzia siku ya 3 S. aureus iliripotiwa kama “N.D.”, yaani haikugunduliwa. Kwa kuwa chanzo hakitoi kikomo cha ugunduzi kwa namba, ni sahihi zaidi kusema “haikugunduliwa kwa mbinu iliyotumika” badala ya “kulikuwa na bakteria sifuri”.

Kikomo kikuu cha tafsiri: Utafiti unaonyesha kuwa filamu za CMC/ZnO/TEO katika kiwango cha maabara ni wagombea wenye nguvu kwa kifungashio hai cha chakula. Hata hivyo, uhamaji wa ZnO kwenda kwenye jibini haukupimwa, uozo wa kibiolojia haukujaribiwa moja kwa moja, tathmini ya hisi ya watumiaji haikufanywa, filamu dhibiti za ZnO-only na TEO-only hazikutumika, na jaribio la jibini halikuendelea zaidi ya siku 14. Kwa hiyo, usalama wa mguso na chakula, muda halisi wa kuhifadhi kibiashara na sinergia ya kihisabati haviwezi kuthibitishwa kikamilifu na utafiti huu pekee.

Maelezo ya Kina

Tatizo kuu la utafiti ni nini?

Kifungashio cha chakula huenda kisitoshe kwa kutenganisha bidhaa na mazingira kwa njia ya kifizikia pekee. Hasa katika bidhaa zenye maji mengi na zinazoweza kuharibika kwa vijidudu, inahitajika kupunguza upotevu wa maji kupitia kifungashio, kupunguza michakato ya oksidishaji inayohusiana na mwanga na kuzuia kuongezeka kwa vijidudu. Plastiki za kawaida zinazotokana na petroli zina sifa nzuri za kizuizi na za kimitambo, lakini kudumu kwake katika mazingira ni tatizo muhimu.

Selulosi na viambata vyake ni polima zinazoweza kupatikana kutoka vyanzo vinavyoweza kurejeshwa. Selulosi ya karboksimethili (CMC) ni kiambata cha selulosi kinachopatikana kwa kuongeza vikundi vya karboksimethili kwenye uti wa mgongo wa selulosi, huyeyuka katika maji na kinaweza kutengeneza filamu. CMC peke yake haina shughuli ya asili ya antibakteria yenye nguvu. Kwa hiyo, utafiti ulilenga kuifanya matriksi ya CMC iwe hai kwa ZnO NPs na TEO.

Chembechembe nano za oksidi ya zinki (ZnO NPs) ni awamu hai isiyo ya kikaboni yenye ukubwa wa takribani 20 nm na mofolojia ya polihedra katika utafiti. Mafuta muhimu ya thyme (TEO) ni awamu hai ya asili inayopatikana kutoka thyme na katika fasihi huhusishwa na viambato tete kama thymol, carvacrol, borneol, p-cymene na γ-terpinene. Muundo wa kina wa GC-MS wa TEO iliyotumika katika utafiti huu haukupimwa kando; kwa hiyo, taratibu za viambato hivi zinazojadiliwa katika chanzo zinategemea fasihi ya jumla ya TEO.

Waandishi wanaeleza kuwa hawakuweza kutambua ripoti ya awali katika utafutaji wa hifadhidata ya Clarivate uliotumia kwa pamoja maneno muhimu “cellulose”, “ZnO” na “thyme”. Kauli hii ni matokeo ya utafutaji wa fasihi uliofanywa na waandishi; haipaswi kutafsiriwa kama ushahidi huru kwamba hakukuwa kabisa na utafiti wowote wa awali katika fasihi yote ya kisayansi.

Chembechembe nano za ZnO ziliandaliwaje?

Kulingana na muhtasari mfupi wa usanisi uliotolewa katika chanzo, 2,5 g Zn(CH₃COO)₂·2H₂O iliyeyushwa katika 50 mL n-butanol na kuwekwa chini ya reflux condenser. Baadaye, centrifugation na uoshaji wa kurudiwa kwa ethanol ulifanywa, na chembechembe nano za ZnO zenye umbo la polihedra na ukubwa wa takribani 20 nm zikapatikana.

Makala hii hairudii vigezo vyote vya usanisi wa ZnO na inaelekeza kwenye utafiti wa awali wa waandishi kwa utaratibu wa kina. Kwa hiyo, muda wa reflux au maelezo ya usanisi ambayo hayajaripotiwa wazi hapa hayakukamilishwa na Verianla.

Miundo sita ya filamu ilipangwaje?

Maandishi ya chanzo yanaeleza kuwa suspensheni ya ZnO na TEO iliandaliwa kwa ultrasonication katika 10 mL ya suluhisho la %10 Tween 80; Jedwali 1 linaonyesha hii ikiwa imeandikwa kama muundo unaolingana na 1 mL Tween 80 kwa kila fomula ya CTZ.

Glycerol iliongezwa kama plasticizer. Asidi ya citric ni wakala wa kutengeneza mtandao/uunganishaji mtambuka ambao chanzo kinauita “reticulation agent”. Chanzo kinaeleza kuwa 0,1 g asidi ya citric ilitumika katika kila fomula.

Mantiki ya majaribio ya misimbo ya filamu

Mfululizo wa CTZ1–CTZ3 hasa hurahisisha kuchunguza athari ya kiasi cha TEO; ZnO inapodumishwa katika 0,50 g, TEO huongezeka 0,5 → 1 → 2 mL. Mfululizo wa CTZ4–CTZ2–CTZ5 hurahisisha kuchunguza athari ya kiasi cha ZnO; TEO inapodumishwa katika 1 mL, ZnO huongezeka 0,25 → 0,50 → 1,00 g.

Mbinu hii hubadilisha kiasi cha kiambato kimoja wakati kiambato kingine kipo. Kwa hiyo, utendaji wa kila awamu hai ikiwa peke yake hauwezi kutolewa kutokana na jaribio hili.

Je, Sinergia ya Antibakteria ya ZnO na Mafuta Muhimu ya Thyme Ilithibitishwa Katika Utafiti Huu?

Si kikamilifu. Utafiti umeonyesha utendaji mkubwa wa antibakteria unaotegemea mkusanyiko katika filamu zenye ZnO na TEO pamoja, na waandishi wameuhusisha na athari inayokamilishana/sinergia; hata hivyo, kwa kuwa hakuna vidhibiti vya filamu za ZnO-only na TEO-only, haikuhesabiwa moja kwa moja kama athari ya pamoja ni kubwa kitakwimu kuliko jumla ya athari za kila kiambato kivyake.

Tofauti hii ni muhimu. Kuongezeka kwa shughuli ya antibakteria TEO ilipoongezwa katika mfululizo wa CTZ1–CTZ3, na kubadilika kwa uhai wa bakteria kiasi cha ZnO kilipobadilishwa katika mfululizo wa CTZ4–CTZ2–CTZ5, kunaunga mkono kwamba viambato vyote viwili vinachangia. Lakini “kuna mchango” na “sinergia ya kihisabati/kimajaribio imethibitishwa” si dai lilelile.

Uchambuzi wa FTIR ulionyesha alama zipi za kimuundo?

FTIR hutoa taarifa kuhusu vikundi tendaji kwa kupima katika namba zipi za mawimbi vifungo vya molekuli hufyonza mionzi ya infrared. Spektra zilirekodiwa kwa kifaa Nicolet iS50 FTIR katika moduli ya ATR na detector ya DTGS katika eneo la 400–4000 cm⁻¹, resolution ya 4 cm⁻¹ na wastani wa scans 32.

Kuonekana kwa bendi ya 1289 cm⁻¹ katika filamu zote za CTZ kulihusishwa na uwepo wa TEO, na intensity ya juu zaidi ilionekana katika CTZ3 yenye TEO nyingi zaidi. Ramani za FTIR microscopy kwa ujumla zilionyesha usambazaji wenye ulinganifu na hakuna gradient kubwa ya usambazaji wa TEO iliyoonekana.

Kuonyesha ulinganifu wa makroskopiki/kemikali katika ramani za FTIR na kuonekana kwa mikusanyiko ya ndani ya ZnO katika SEM si lazima vipingane. Mbinu hizi mbili zina hisia kwa mizani tofauti za nafasi na sifa tofauti za kifizikia.

Uwazi wa filamu na kizuizi cha UV vilibadilikaje?

Vipimo vya UV-Vis vilifanywa kwa kifaa JASCO V560 katika eneo la 200–900 nm, kwa diffuse reflection mode na kwa kutumia 60 mm integration sphere.

Hapa \(A_{600}\) ni thamani ya absorbance katika 600 nm; \(x\) ni unene wa wastani wa filamu uliopimwa katika sehemu tatu, na chanzo kinaufafanua kwa millimeter. Thamani ya juu zaidi humaanisha uwazi mdogo. Kwa kuwa absorbance haina dimension na unene ni mm, kihisabati uwiano unaweza kufikiriwa kuwa wa aina ya mm⁻¹; hata hivyo, chanzo hakijaandika kitengo tofauti cha opacity katika Jedwali 2.

Chanzo kinaelezea CTZ4 kuwa sampuli iliyo wazi zaidi miongoni mwa kompoziti; tafsiri hii inalingana na CTZ4 kuwa na thamani ya chini zaidi ya opacity index miongoni mwa kompoziti, 0,099. Hata hivyo, katika Jedwali 2 upitishaji jumla katika eneo linaloonekana ni %90,78 kwa CTZ1 na %90,59 kwa CTZ4. Kwa hiyo, ni muhimu kutenganisha ikiwa neno “uwazi” linatumika kwa opacity index au asilimia ya visible transmittance.

Kipimo cha photoluminescence kilionyesha nini?

Photoluminescence (PL) hupima mwanga unaotolewa na nyenzo baada ya kuchochewa kwa mwanga. Kipimo kilifanywa kwa Perkin Elmer LS55 kwa 320 nm excitation wavelength, 350 nm cutoff filter, 200 nm/dakika scan speed na slits za 10 nm.

Filamu CMC0 ilionyesha fluorescence emission kubwa. Chanzo kinahusisha hii na tabia ya emission inayotokana na aggregation ambayo polysaccharides zinaweza kuonyesha katika hali imara. ZnO na TEO zilipoongezwa, fluorescence intensity ilipungua kwa kiasi kikubwa. Katika mfululizo wa CTZ1–CTZ3, kupungua kwa wastani kuliripotiwa TEO ilipoongezeka, na katika mfululizo wa ZnO wa CTZ4–CTZ2–CTZ5 kupungua kwa kasi zaidi kuliripotiwa ZnO ilipoongezeka.

Kulingana na maelezo ya waandishi, chembe za ZnO na molekuli za TEO zinaweza kusambaa kati ya minyororo ya CMC, kuvuruga mpangilio wa karibu wa minyororo uliokuwepo na kuongeza njia za upotevu wa nishati zisizo za mionzi. Maelezo haya ya kimikroskopiki ni tafsiri ya kimfumo iliyopendekezwa na chanzo; utafiti haukupima mwingiliano wa kielektroniki kati ya minyororo moja kwa moja kwa jaribio tofauti.

SEM na EDX zilionyesha nini?

Scanning electron microscopy (SEM) ilitumika kuchunguza mofolojia ya uso wa filamu, huku energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX/EDS) ikitumika kuchunguza usambazaji wa elementi kwenye uso. Kifaa kilikuwa QUANTA INSPECT F50.

Filamu dhibiti CMC0 ina uso laini na kompakt. Katika mfululizo wa CTZ1–CTZ3, TEO ilipoongezeka, kwanza usambazaji wa matone mengi zaidi na baadaye uundaji wa matone makubwa zaidi ulionekana. Chanzo kinaripoti kuwa ZnO NPs zilikuwa na mwelekeo wa kujikusanya ndani ya maeneo ya kingo za matone ya TEO.

Katika mfululizo wa ZnO wa CTZ4–CTZ2–CTZ5, CTZ4 yenye ZnO kidogo zaidi ilikuwa sampuli yenye uso laini zaidi. CTZ5 yenye ZnO nyingi zaidi ilionyesha uso usio uniform zaidi; mashimo makubwa ya uso na pores pamoja na mkusanyiko mkubwa wa ZnO katika maeneo haya vilionekana. Chanzo kinatafsiri kuwa pores hizi hazikuunda mtandao uliounganishwa unaopita unene wote wa filamu, bali zilikuwa zaidi kasoro za uso.

Kwa kuwa micrographs za SEM na EDX ni picha halisi za kimajaribio, hazikuzalishwa upya na Verianla kama microscopy bandia.

Uchambuzi wa joto ulionyesha hatua zipi?

Tabia ya joto ilichunguzwa kwa mfumo STA 449C Jupiter TG-DSC kati ya 20–900 °C na mtiririko wa hewa wa 50 mL/dakika. Curve ya TG huonyesha kupoteza uzito kwa sampuli kadiri joto linavyoongezeka, huku curve ya DSC ikionyesha matukio ya joto ya endothermic au exothermic.

Kulingana na tafsiri ya chanzo, hadi takribani 150 °C hasa maji yaliyobaki na viambato vya TEO vilivyo tete zaidi huondoka. Katika 150–340 °C, matriksi ya CMC huharibika, maji ya kimuundo hupotea na baadhi ya matukio ya oksidishaji hutokea, huku viambato vya TEO vyenye boiling point ya juu kama thymol, borneol na carvacrol vikiondoka. Juu ya 340 °C, mabaki yenye kaboni kutoka CMC huungua katika mazingira ya hewa.

T_1%, T_5% na T_10% ni joto ambalo mtawalia %1, %5 na %10 ya uzito wa mwanzo hupotea. CMC0 kwa ujumla ilikuwa na thamani za chini zaidi katika joto hizi, huku filamu zenye ZnO zikiwa na thamani za juu zaidi.

Katika mfululizo wa CTZ4 → CTZ2 → CTZ5, kiasi cha ZnO kilipoongezeka, jumla ya upotevu wa uzito hadi 340 °C ulipungua %73,06 → %68,65 → %65,52 na uzito uliobaki ukaongezeka %9,23 → %11,90 → %15,30. Chanzo kinahusisha hii na ZnO kuwa awamu isiyo ya kikaboni yenye uthabiti mkubwa wa joto na nafasi yake ya kifizikia katika mtandao wa polima.

Upenyezaji wa Mvuke wa Maji WVP Hupima Nini?

Upenyezaji wa mvuke wa maji unaonyesha kiwango ambacho filamu yenye unene fulani huruhusu molekuli za maji kupita chini ya tofauti ya shinikizo la mvuke wa maji kati ya pande zake mbili; katika utafiti huu, thamani ya chini ya WVP inamaanisha filamu inaunda kizuizi chenye nguvu zaidi dhidi ya unyevu. Kipimo kilifanywa katika 25 °C, gradient ya 100% relative humidity na tofauti ya vapor pressure ya 3169 Pa.

Katika jaribio, midomo ya glass vials zenye kipenyo cha 1,2 cm ilifunikwa kwa filamu na 1,1 g anhydrous CaCl₂ iliwekwa katika kila vial. Vials ziliwekwa katika 25 °C na mazingira ya %100 RH, na uzito ulioongezeka kadiri muda ulivyopita ulitumika kama kiashirio cha kupita kwa mvuke wa maji.

Notation ya chanzo: Makala inaandika “WPV” upande wa kushoto wa Equation (2); kichwa cha sehemu, maandishi na Jedwali 2 vinaita sifa hiyo hiyo “WVP”. Verianla haijasahihisha tofauti hii kimya kimya.

• \(M_0\): uzito wa mwanzo wa vial.
• \(M_t\): uzito wa vial katika muda \(t\).
• \(M_t-M_0\): ongezeko la uzito linalotokana na maji yaliyopita kwenye filamu na kunaswa na CaCl₂.
• \(\Delta t\): muda wa kipimo, sekunde.
• \(\Delta P\): tofauti ya shinikizo la mvuke wa maji kati ya pande mbili za filamu; katika jaribio hili 3169 Pa.
• \(S\): eneo la filamu lililo wazi, m².
• \(L\): unene wa filamu, m.

Katika equation, ongezeko la uzito linapoongezeka WVP huongezeka; ikiwa upitishaji uleule wa uzito unaonekana kwa muda mrefu zaidi, tofauti kubwa zaidi ya shinikizo au eneo kubwa zaidi lililo wazi, upenyezaji uliorekebishwa hupungua. Kipengele cha unene huruhusu kulinganisha filamu zenye unene tofauti.

Filamu zote za CTZ zilionyesha WVP ya chini kuliko CMC0. Kwa kuwa matone ya TEO ni hydrophobic, yanaweza kukatiza njia hydrophilic ambazo maji yangeweza kusonga moja kwa moja; chembe za ZnO zinaweza kuongeza urefu wa njia kwa kuunda vizuizi vya kifizikia visivyopenyeza. Chanzo pia kinapendekeza kuwa ZnO inaweza kutenda kama nodi zinazofanya minyororo ya polima iwe mtandao uliobana zaidi na kwamba ioni huru za zinki zinaweza kuchangia kuundwa kwa mtandao uliobana wa aina ya “egg-box”. Hizi ni tafsiri za kimuundo; utafiti haukupima topolojia halisi ya mtandao kati ya minyororo moja kwa moja katika kiwango cha molekuli.

Sifa za kimitambo zilihesabiwaje?

Majaribio ya kimitambo yalifanywa kwa kifaa cha universal testing Instron 5965 chenye 5 kN load cell, kwa kutumia sampuli Type 1B kwa mwongozo wa ISO 527-1:2019 na ISO 527-3:2018. Umbali wa awali wa grips ulikuwa 50 mm na crosshead speed 50 mm/dakika. Sampuli tatu kwa kila filamu zilijaribiwa, na unene wa filamu ulipimwa katika sehemu tano za nasibu kwa calibrated micrometer.

\(TS\) ni nguvu ya mkazo; inawakilisha stress ya juu zaidi ambayo sampuli hubeba kabla ya kuvunjika. \(F_{\max}\) ni mzigo wa juu zaidi na katika chanzo hutolewa kwa N. \(A\) ni eneo la mwanzo la sehemu ya msalaba na chanzo kinalifafanua kwa m². N/m² kihisabati ni Pa; kwa kuwa chanzo kinaripoti matokeo kwa MPa, inaonekana ubadilishaji wa megapascal lazima ulitumika katika uwasilishaji wa namba, lakini hatua ya ubadilishaji haijaandikwa tofauti katika equation.

\(L_1\) ni urefu wa mwanzo; \(L_2\) ni urefu wa mwisho wakati wa kuvunjika. Uwiano hutoa urefukaji linganishi dhidi ya urefu wa mwanzo. Katika chanzo, Equation (4) imeandikwa kwa namna hii bila multiplier ×100; hata hivyo, matokeo yameripotiwa kama EB (%). Kihisabati, kuonyesha dimensionless elongation ratio kama asilimia kunahitaji scaling kwa 100. Verianla haijaongeza ×100 kimya kimya kwenye equation ya chanzo.

Moduli ya Young haikutolewa kwa formula tofauti iliyofungwa; ilihesabiwa kutokana na slope katika elastic region ya stress–strain curve. Kadiri moduli ya Young inavyoongezeka, nyenzo huwa rigid zaidi, yaani huhitaji stress kubwa zaidi kuleta strain ileile.

CTZ1 ina nguvu ya mkazo ya juu zaidi. CTZ1 na CTZ2 zina urefukaji mkubwa zaidi wakati wa kuvunjika. CTZ5 ndiyo filamu rigid zaidi kutokana na moduli yake ya Young iliyo juu sana; lakini rigidity kubwa haimaanishi nguvu ya mkazo kubwa zaidi au flexibility kubwa zaidi.

Chanzo kinajadili kuwa chembe za ZnO zinaweza kutenda kama pointi za ziada za kuunganisha/nodi kati ya minyororo ya CMC, huku viambato vya TEO vikivuruga baadhi ya hydrogen bonds na kuongeza mobility ya minyororo. Mikusanyiko ya ndani ya ZnO na kasoro za uso katika CTZ5 pia zimewasilishwa kama maelezo ya kimuundo ambayo yanaweza kuchangia nguvu ya mkazo na urefukaji kubaki na mipaka licha ya rigidity kubwa.

Je, Kuna Fomula Moja Bora Zaidi ya Filamu?

Hapana. CTZ3 ina WVP ya chini zaidi, upotevu wa uzito wa jibini wa siku 14 ulio chini zaidi na eneo kubwa zaidi la uzuiaji lililoripotiwa; CTZ1 ina nguvu ya mkazo ya juu zaidi, CTZ5 ina moduli ya Young ya juu zaidi na uzito wa mabaki ya joto ulio juu zaidi, na CTZ4 ina opacity index ya chini zaidi miongoni mwa kompoziti. Kwa hiyo, fomula optimum hubadilika kulingana na sifa inayolengwa ya antibakteria, kizuizi, flexibility, rigidity au macho.

Utaratibu wa antibakteria ulithibitishwa moja kwa moja kwa kiwango gani?

Matokeo ya kibaolojia yaliyopimwa moja kwa moja katika utafiti ni maeneo ya uzuiaji na idadi ya bakteria hai. Uundaji wa ROS, kutolewa kwa Zn²⁺, uharibifu wa kimitambo wa membrane ya bakteria, kukandamizwa kwa Ag43, uingiliaji wa quorum sensing au mwingiliano wa thymol/carvacrol–protein haukupimwa kwa majaribio tofauti katika utafiti huu. Waandishi wanajadili taratibu hizi kama maelezo yanayowezekana kwa msingi wa fasihi ya awali.

Kwa hiyo, hakuna matokeo ya kiasi katika chanzo yanayosema kwa mfano “ZnO ilizalisha kiasi fulani cha ROS katika filamu hii na kuua bakteria”. Kauli sahihi ni kwamba utendaji wa antibakteria ulioonekana unaendana na taratibu tofauti zilizoelezwa katika fasihi kwa ZnO na TEO.

Je, Filamu Hizi Kwa Hakika Huongeza Muda wa Kuhifadhi Jibini hadi Siku 14?

Hapana. Majaribio ya awali ya jibini ya siku 14 katika 4 °C yanaonyesha kuwa filamu za kompoziti zilipunguza upotevu wa uzito, ziliweka pH imara zaidi, zilidumisha mwonekano laini/mweupe unaoonekana na katika vipande vilivyoinokuliwa zilipunguza S. aureus chini ya kikomo cha ugunduzi kuanzia siku ya 3; hata hivyo, uhifadhi wa muda mrefu zaidi, mikrobiota pana ya asili ya uharibifu, kukubalika kwa hisi na uthibitisho wa muda wa kuhifadhi kibiashara haukufanywa.

Majaribio mawili ya jibini yanatofautishwaje?

Utafiti una tathmini mbili za jibini ambazo hazipaswi kuchanganywa.

1. Jaribio la jumla la ufungashaji: vipande vya jibini vyenye kingo za takribani 20 mm, vilivyoelezwa katika sehemu ya matokeo kuwa takribani 8–9 g, vilifungwa kwa filamu na kuhifadhiwa katika 4 °C, %75 RH kwa siku 14. Upotevu wa uzito, mwonekano na pH vilitathminiwa.
2. Jaribio la challenge la S. aureus: vipande vya jibini vya takribani 5 mm unene na takribani 5 g vilitibiwa kwa UV kwa dakika 20 kwenye pande zote mbili, viliinokuliwa kwa takribani 5 log CFU/g S. aureus, viliwekwa katika mguso na filamu na kuchambuliwa kimikrobiolojia katika 4 ± 1 °C siku 0, 3, 7 na 14.

N.D. ina maana gani?

N.D. katika Table 4 inamaanisha “not detected”, yaani haikugunduliwa kwa mbinu ya uchambuzi iliyotumika. Kauli hii haimaanishi sifuri kamili ya kibaolojia. Kwa kuwa chanzo hakiripoti kikomo cha ugunduzi kwa namba katika jaribio hili, thamani za N.D. hazipaswi kubadilishwa kuwa “0 CFU/mL”.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

1. Utengenezaji wa filamu

5 g CMC iliyeyushwa kwa kuchanganywa katika 100 mL maji na 2 mL glycerol ikaongezwa. ZnO NPs na TEO zilisambazwa kando kwa ultrasonication katika 10 mL ya suluhisho la %10 Tween 80. 0,1 g asidi ya citric iliongezwa katika kila fomula; mchanganyiko ulizungushwa kwa dakika 30 na ultrasonication ikatumika kwa dakika 15 kuondoa bubbles. Mchanganyiko ulimiminwa katika Petri dishes, ukakaushwa katika 40 °C kwa saa 12, na filamu zilizopatikana zikavuliwa na kuhifadhiwa katika mifuko ya plastiki yenye zip.

2. FTIR na FTIR microscopy

Nicolet iS50 FTIR: 400–4000 cm⁻¹, scans 32, resolution 4 cm⁻¹. Ramani za FTIR microscopy zilichukuliwa kwa Nicolet iS10MX katika eneo la 4000–650 cm⁻¹. Chanzo kinaripoti kuwa ZnO na TEO kwa ujumla zilisambazwa vizuri ndani ya matriksi ya polima katika ramani.

3. UV-Vis

JASCO V560; 200–900 nm; diffuse reflection; 60 mm integration sphere. Opacity ilihesabiwa kwa Equation (1), na unene wa filamu ulipimwa katika nafasi tatu za sampuli ya 20 × 20 mm.

4. Photoluminescence

Perkin Elmer LS55; excitation 320 nm; cutoff filter 350 nm; scan speed 200 nm/dakika; slit widths 10 nm. ZnO na TEO zilipoongezwa, emission yenye nguvu ya CMC0 ilipungua kwa kiasi kikubwa.

5. SEM na EDX

Uso wa filamu ulichunguzwa kwa QUANTA INSPECT F50; mfumo wa EDX katika kifaa ulitumika kwa ramani za usambazaji wa elementi. CTZ5 ilionyesha kasoro za uso na mikusanyiko ya ZnO iliyo wazi zaidi.

6. TG-DSC

Kifaa STA 449C Jupiter; 20–900 °C; mtiririko wa hewa 50 mL/dakika. Kiasi cha ZnO kilipoongezeka, hasa kuongezeka kwa uzito uliobaki na kupungua kwa upotevu wa uzito hadi 340 °C vilitafsiriwa kuwa ongezeko la uthabiti wa joto.

7. WVP

Glass vial yenye kipenyo cha 1,2 cm, 1,1 g anhydrous CaCl₂, 25 °C, %100 RH na tofauti ya vapor pressure ya 3169 Pa vilitumika. Vipimo vilifanywa kwa marudio matatu. Filamu zote za CTZ zilionyesha WVP ya chini kuliko CMC0.

8. Jaribio la kimitambo

Instron 5965; 5 kN load cell; sampuli Type 1B; umbali wa awali wa grips 50 mm; test speed 50 mm/dakika; sampuli tatu kwa kila filamu. Unene ulipimwa katika nafasi tano za nasibu. Kitakwimu, mwitikio wa kimitambo ulitofautiana kutoka sifa moja hadi nyingine, hivyo haipaswi kuhitimishwa kuwa kompoziti zote ziliboresha vipimo vyote vya kimitambo katika mwelekeo mmoja.

9. Jaribio la kimaelezo la antibakteria

S. aureus ATCC 25923 na E. coli ATCC 25922 zilitumika. Kutoka cultures za saa 24, suspensheni ya 0,5 McFarland, takribani 1,5–3 × 10⁸ CFU/mL iliandaliwa na mbinu ya modified Kirby–Bauer disk diffusion ikatumika. Plates ziliincubate katika 37 °C kwa saa 18–24 na maeneo ya uzuiaji yakapimwa kwa mm. Majaribio yalifanywa kwa marudio matatu.

10. Jaribio la seli planktoniki

Katika kila well ya sterile 24-well plate, sampuli ya filamu, 1 mL medium na 10 µL 0,5 McFarland microbial suspension ziliwekwa. Plates ziliwekwa katika 37 °C; serial decimal dilutions ziliandaliwa katika saa 2, 4, 8 na 24, na sampuli za 10 µL zilipandikizwa mara mbili kwenye medium.

Baada ya saa 2, CTZ2, CTZ3 na CTZ5 zilikuwa miongoni mwa athari zenye nguvu zaidi; ilielezwa kuwa E. coli iliondolewa kabisa kwa CTZ3 na CTZ5. Katika muda wa saa 4, chanzo kinaripoti kuwa hakuna seli hai iliyopatikana tena kutoka kwa bakteria wote wawili.

11. Jaribio la kufungasha jibini

Vipande vya jibini laini vyenye kingo za takribani 20 mm vilifungwa kwa filamu za CTZ na kuhifadhiwa katika 4 °C, %75 RH kwa wiki mbili. Uzito ulipimwa kila siku, na pH ikaamuliwa mwanzoni na mwisho wa wiki mbili. Majaribio yalifanywa kwa marudio matatu.

Chanzo kinaeleza kuwa CTZ2, CTZ4 na CTZ5 zilifanana kitakwimu kwa upotevu wa uzito, na katika mfululizo wa TEO wa CTZ1–CTZ3 kulikuwa na kupungua kwa wazi kwa upotevu wa uzito kiasi cha TEO kilipoongezeka.

12. Jaribio la jibini lililoinokuliwa na S. aureus

Vipande vya jibini vyenye takribani 5 mm unene na takribani 5 g uzito vilitibiwa na UV kwa dakika 20 kwenye pande zote mbili, na kuingizwa takribani 5 log CFU/g S. aureus. Filamu ziliwekwa katika mguso na jibini na sampuli zikahifadhiwa katika 4 ± 1 °C kwa siku 14.

Siku 0, 3, 7 na 14, sampuli ziliwekwa katika stomacher bags zenye %0,1 peptone water, zikahomogenishwa kwa sekunde 90, serial dilutions zikapandikizwa kwenye Baird-Parker agar na kuincubate katika 37 °C kwa saa 48.

Lengo la inoculation la mwanzo liliripotiwa kama CFU/g, ilhali uchambuzi wa mwisho uliripotiwa kama log CFU/mL. Kwa hiyo, si sahihi kutathmini “lengo la mwanzo 5 log CFU/g” na thamani za siku 0 katika Table 4 kama namba moja kwa moja sawa kwa kupuuza tofauti za kitengo na uchakataji wa sampuli.

Katika sehemu ya matokeo, chanzo kimeandika msimbo wa udhibiti mara moja kama “CTMC0”; kwa kuwa katika majedwali mengine yote na mpangilio wa jaribio filamu dhibiti imekodishwa kama CMC0, hili limetambuliwa kama kutofautiana kwa msimbo/uandishi ndani ya chanzo.

13. Uchambuzi wa takwimu

Data zilichambuliwa kwa Microsoft Excel 2016 na XLSTAT 2020.5.1. Usambazaji wa kawaida ulitathminiwa kwa Shapiro–Wilk test, na homogeneity ya variance ya residuals kwa Levene test; makundi yalilinganishwa kwa Tukey HSD baada ya ANOVA. Kizingiti cha statistical significance kilikuwa p < 0,05.

Vipimo vingi vimeripotiwa kama n = 3. Chanzo hakitofautishi wazi ikiwa marudio haya katika kila hali yalikuwa batches tatu huru kabisa za uzalishaji wa filamu. Kwa hiyo, thamani n = 3 hazipaswi kutafsiriwa moja kwa moja kama batches tatu huru za uzalishaji.

14. Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Kompoziti za CMC zenye ZnO na TEO ziliweza kutengenezwa kama filamu katika kiwango cha maabara.
• FTIR na mapping ziliunga mkono uwepo wa alama za kemikali zinazolingana na TEO na ZnO ndani ya matriksi ya filamu.
• Filamu za kompoziti zilidumisha sehemu kubwa ya upitishaji wa mwanga unaoonekana huku zikipunguza kwa nguvu upitishaji wa UV-A na UV-B.
• Katika filamu zote za CTZ, WVP ilikuwa chini kuliko udhibiti wa CMC0.
• Kiasi cha ZnO na TEO kiliathiri mofolojia ya filamu, sifa za kimitambo, fluorescence na tabia ya joto.
• Katika majaribio ya antibakteria, filamu za CTZ zilipunguza haraka uhai wa S. aureus na E. coli.
• Katika CTZ3, eneo la uzuiaji lilifikia 30 mm.
• Katika muda wa saa 4, iliripotiwa kuwa hakuna seli hai iliyopatikana tena kwa planktonic S. aureus na E. coli.
• Filamu za kompoziti zilionyesha upotevu mdogo wa uzito kuliko CMC0 katika jaribio la jibini la siku 14.
• Katika jibini lililoinokuliwa na S. aureus, makundi yote ya CTZ yaliripotiwa kama N.D. kuanzia siku ya 3.

15. Matokeo ambayo utafiti hauungi mkono

• Haiwezi kusemwa kuwa sinergia rasmi ya kihisabati kati ya ZnO na TEO imethibitishwa; hakuna filamu dhibiti zenye kiambato hai kimoja.
• Utafiti huu haujaonyesha kuwa ZnO NPs hazihamii kwenye jibini; uhamaji haukupimwa.
• Uhamaji wa ionic zinc pia haukupimwa kwa kiasi katika jaribio hili.
• Kinetics ya kutolewa kwa TEO kutoka kwenye filamu haikupimwa moja kwa moja.
• Uundaji wa ROS, kutolewa kwa Zn²⁺ au uharibifu halisi wa membrane ya bakteria haukupimwa moja kwa moja kwa majaribio ya kimfumo katika utafiti huu.
• Maelezo ya jukwaa kama “biodegradable” hayakuthibitishwa kwa jaribio tofauti la biodegradation/composting.
• Haiwezi kusemwa kuwa sifa zote za kimitambo ziliboreshwa katika kila fomula ya CTZ; hasa matokeo ya EB na TS yalibadilika katika mwelekeo tofauti kulingana na fomula.
• Hakuna fomula moja ya CTZ iliyoamuliwa kuwa optimum kwa kila hali.
• Ulinzi wa jibini kwa zaidi ya siku 14 haukuonyeshwa.
• Mikrobiota pana ya asili ya uharibifu, jamii ya yeast/mold au pathogens zote za chakula hazikujaribiwa kwenye jibini.
• Jaribio la challenge la E. coli katika matriksi ya jibini halijaripotiwa; jaribio la inoculation kwenye jibini lililenga S. aureus.
• Kukubalika kwa hisi kwa watumiaji, ladha, harufu au athari ya aroma ya TEO kwenye jibini hakukutathminiwa.
• Haijathibitishwa kuwa filamu za maabara zitaonyesha utendaji uleule katika mstari wa uzalishaji wa viwandani.
• Utiifu wa mwisho wa kanuni za mguso na chakula haujaonyeshwa na utafiti huu pekee.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

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

Waandishi: 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.

Mpangilio wa waandishi: Mpangilio katika PDF ya chanzo umehifadhiwa bila kubadilishwa.

Mchango sawa: Hakuna taarifa ya mchango sawa/uandishi mwenza wa kwanza inayoonekana katika chanzo.

Mwandishi wa mawasiliano: Ovidiu-Cristian Oprea.

Uhusiano wa taasisi 1: Research Institute of the University of Bucharest (ICUB), University of Bucharest, Bucharest, Romania.

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

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

Uhusiano wa taasisi 4: Academy of Romanian Scientists, Bucharest, Romania.

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

Uhusiano wa taasisi 6: Faculty of Biology, University of Bucharest, Bucharest, Romania.

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

Jarida: Foods.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Juzuu / toleo / namba ya makala: 15 / 10 / 1724.

DOI: 10.3390/foods15101724.

Utambulisho rasmi wa uchapishaji: Foods 2026, 15(10), 1724; DOI 10.3390/foods15101724.

Iliwasilishwa: 28 Machi 2026.

Marekebisho: 9 Mei 2026.

Ilikubaliwa: 12 Mei 2026.

Ilichapishwa: 14 Mei 2026.

Aina ya chanzo: Uendelezaji wa nyenzo ya polima-kompoziti katika kiwango cha maabara, characterization ya kifungashio cha chakula, jaribio la antibakteria la in vitro na utafiti wa uhifadhi/challenge katika matriksi ya jibini.

Hali ya peer review: version of record iliyochapishwa katika jarida Foods.

Hali ya preprint: Chanzo kilichopakiwa ni toleo la jarida lililochapishwa; chanzo hakiripoti kitambulisho tofauti cha preprint.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Mhariri wa kitaaluma: Amalia Conte.

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

Kamati ya maadili: Haitumiki.

Ridhaa iliyoarifiwa: Haitumiki.

Upatikanaji wa data: Chanzo kinaeleza kuwa michango asilia ya utafiti ipo ndani ya makala na maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa mwandishi wa mawasiliano.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kuwa hakuna mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Ludmila Motelica na Ovidiu-Cristian Oprea—conceptualization na mbinu; Ludmila Motelica, Ovidiu-Cristian Oprea, Roxana Doina Trusca, Carmen Curutiu, Anton Ficai, Denisa Ficai, Gabriel Mustatea na Elena Loredana Cirstoiu (Ungureanu)—utafiti; Ludmila Motelica, Ovidiu-Cristian Oprea, Alina Maria Holban na Catalina-Elena Constantin—rasimu ya kwanza; Roxana Doina Trusca, Carmen Curutiu, Ludmila Motelica, Ovidiu-Cristian Oprea, Alina Maria Holban, Catalina-Elena Constantin, Anton Ficai, Denisa Ficai, Gabriel Mustatea na Elena Loredana Cirstoiu (Ungureanu)—mapitio/uhariri; Ovidiu-Cristian Oprea—usimamizi na upatikanaji wa ufadhili; Ludmila Motelica—usimamizi wa mradi.

Dokezo la fomula 1: Chanzo kinaandika alama ya upenyezaji wa mvuke wa maji kama “WPV” katika Equation (2), lakini sehemu na jedwali vinaiita “WVP”. Tofauti hii ya notation ndani ya chanzo imehifadhiwa.

Dokezo la fomula 2: Chanzo kinatoa EB (%) katika Equation (4) kama \((L_2-L_1)/L_1\) na hakiandiki multiplier ×100. Verianla haijabadilisha equation kimya kimya; ubadilishaji wa kihisabati kuwa asilimia umeelezwa kando.

Dokezo la muda: Muda wa kuondolewa kabisa kwa seli planktoniki umeandikwa kama saa 3 katika muhtasari wa chanzo, saa 4 katika maandishi ya matokeo na saa 3–4 katika sehemu ya hitimisho. Mbinu ina nyakati halisi za uchukuaji sampuli saa 2, 4, 8 na 24.

Dokezo la msimbo wa udhibiti: Chanzo kinaandika “CTMC0” mara moja katika aya ya matokeo ya pH; majaribio na majedwali mengine yote yanatoa msimbo wa udhibiti kama CMC0.

Kikomo cha sinergia: Filamu zote CTZ1–CTZ5 zina ZnO na TEO kwa pamoja. Hakuna udhibiti wa filamu kompoziti ya TEO-only au ZnO-only. Kwa hiyo, ingawa utafiti unaunga mkono kwa nguvu shughuli inayokamilishana, hautoi formal synergy coefficient au jaribio la sinergia linalolinganisha viambato vya pekee.

Kikomo cha biodegradability: Makala inaelezea muundo wa CMC/ZnO/TEO kama jukwaa la kifungashio biodegradable; katika utafiti huu hakuna jaribio tofauti la biodegradation au composting lililoripotiwa.

Kikomo cha usalama wa mguso na chakula: Chanzo kinaeleza wazi kuwa kutolewa/uhamaji wa ZnO NPs kutoka matriksi ya CMC kwenda kwenye jibini lililofungwa haukupimwa katika utafiti huu. Kwa hiyo, usalama wa mwisho wa kikanuni wa mguso wa kifungashio na chakula haujathibitishwa na utafiti huu pekee.

Kikomo cha utaratibu: ROS, kutolewa kwa Zn²⁺, uharibifu wa membrane na malengo ya bakteria ya viambato vya TEO ni taratibu zilizopendekezwa na kuungwa mkono na fasihi katika chanzo; taratibu hizi hazikupimwa kwa kiasi moja kwa moja kwa majaribio tofauti ya biokemia katika mfumo huu wa filamu.

Kikomo cha muda wa kuhifadhi jibini: Utafiti ulionyesha matokeo chanya ya kinga katika uhifadhi wa baridi wa siku 14; muda wa kuhifadhi baada ya siku 14, kukubalika kwa hisi kwa watumiaji na mikrobiota kamili ya asili ya uharibifu havikutathminiwa.