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Nanocellulose/Nisin Hydrogel Microparticles as Sustained Antimicrobial Coatings for Paper Packaging
ACS Applied Polymer Materials ( IF 4.4 ) Pub Date : 2022-03-07 , DOI: 10.1021/acsapm.2c00001 Peng Lu 1 , Han Zhao 1 , Lu Zheng 1 , Yujie Duan 1 , Min Wu 1 , Xinke Yu 1 , Yang Yang 1
ACS Applied Polymer Materials ( IF 4.4 ) Pub Date : 2022-03-07 , DOI: 10.1021/acsapm.2c00001 Peng Lu 1 , Han Zhao 1 , Lu Zheng 1 , Yujie Duan 1 , Min Wu 1 , Xinke Yu 1 , Yang Yang 1
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Hydrogels composed of biomaterials are promising drug delivery systems. In this study, we prepared an antibacterial hydrogel by incorporating the antimicrobial peptide nisin into bagasse cellulose nanofibrils, followed by mechanic shearing to obtain hydrogel microparticles as antimicrobial coatings for paper packaging. The concept of combining nisin with a hydrogel network helps to reduce the nisin depletion disadvantage in a nisin alone coating while achieving a prolonged antibacterial efficacy in application. First, antimicrobial hydrogels were constructed by electrostatic attraction between TEMPO-oxidized cellulose nanofibrils (TOCNF) and nisin. The rheological analysis confirmed that the hydrogel with a TOCNF/nisin ratio of 3:1 formed a good gel network accompanied by a high nisin loading efficiency. The obtained hydrogel exhibited controlled release of nisin in response to pH, with a slower rate at pH 7 than that of pH 5 and pH 9. Then, the obtained hydrogel has been processed to microparticles to facilitate its application as coating on paper packaging. Highly stable TOCNFs/nisin hydrogel microparticles were obtained under a water/hydrogel ratio of 4:1 and a mechanical shearing rate of 8000 rpm. The paper with hydrogel microparticles coating displayed an enhanced tensile strength by 14.67% compared to uncoated paper. As a packaging for cheese in storage at 4 °C for 7 days, the hydrogel microparticle coating paper can significantly reduce the growth of Listeria monocytogenes on the surface of cheese and show a sustained inhibition advantage over a nisin alone coating. The utilization of hydrogel microparticles as the coating slurry provides a versatile approach for paper treatment and endows the paper with a sustained release characteristic in actively preventing the bacterial proliferation on food surfaces during storage. The finding from this work is expected to broaden the application of nanocellulose and nisin into the field of food active packaging.
中文翻译:
纳米纤维素/乳链菌肽水凝胶微粒作为纸包装的持续抗菌涂层
由生物材料组成的水凝胶是有前途的药物输送系统。在这项研究中,我们通过将抗菌肽乳酸链球菌肽掺入甘蔗渣纤维素纳米纤丝中制备抗菌水凝胶,然后进行机械剪切以获得水凝胶微粒作为纸包装的抗菌涂层。将乳链菌肽与水凝胶网络相结合的概念有助于减少乳链菌肽单独涂层中乳链菌肽耗尽的缺点,同时在应用中实现延长的抗菌功效。首先,通过 TEMPO 氧化纤维素纳米纤丝 (TOCNF) 和乳链菌肽之间的静电吸引力构建抗菌水凝胶。流变分析证实,TOCNF/乳链菌肽比例为3:1的水凝胶形成了良好的凝胶网络,同时具有较高的乳链菌肽负载效率。获得的水凝胶响应于 pH 值表现出乳链菌肽的受控释放,在 pH 值 7 下的释放速度比在 pH 值 5 和 pH 值 9 下的速度慢。然后,将获得的水凝胶加工成微粒,以促进其作为纸包装涂层的应用。在 4:1 的水/水凝胶比和 8000 rpm 的机械剪切速率下获得了高度稳定的 TOCNFs/乳链菌肽水凝胶微粒。与未涂布纸相比,带有水凝胶微粒涂层的纸的拉伸强度提高了 14.67%。作为奶酪在 4°C 下储存 7 天的包装,水凝胶微粒涂层纸可以显着减少奶酪的生长。获得的水凝胶已被加工成微粒,以促进其作为纸包装涂层的应用。在 4:1 的水/水凝胶比和 8000 rpm 的机械剪切速率下获得了高度稳定的 TOCNFs/乳链菌肽水凝胶微粒。与未涂布纸相比,带有水凝胶微粒涂层的纸的拉伸强度提高了 14.67%。作为奶酪在 4°C 下储存 7 天的包装,水凝胶微粒涂层纸可以显着减少奶酪的生长。获得的水凝胶已被加工成微粒,以促进其作为纸包装涂层的应用。在 4:1 的水/水凝胶比和 8000 rpm 的机械剪切速率下获得了高度稳定的 TOCNFs/乳链菌肽水凝胶微粒。与未涂布纸相比,带有水凝胶微粒涂层的纸的拉伸强度提高了 14.67%。作为奶酪在 4°C 下储存 7 天的包装,水凝胶微粒涂层纸可以显着减少奶酪的生长。奶酪表面上的单核细胞增生李斯特菌,与单独的乳链菌肽涂层相比,表现出持续的抑制优势。使用水凝胶微粒作为涂层浆料为纸张处理提供了一种通用方法,并赋予纸张在储存过程中主动防止食品表面细菌增殖的持续释放特性。这项工作的发现有望扩大纳米纤维素和乳酸链球菌肽在食品活性包装领域的应用。
更新日期:2022-03-07
中文翻译:
纳米纤维素/乳链菌肽水凝胶微粒作为纸包装的持续抗菌涂层
由生物材料组成的水凝胶是有前途的药物输送系统。在这项研究中,我们通过将抗菌肽乳酸链球菌肽掺入甘蔗渣纤维素纳米纤丝中制备抗菌水凝胶,然后进行机械剪切以获得水凝胶微粒作为纸包装的抗菌涂层。将乳链菌肽与水凝胶网络相结合的概念有助于减少乳链菌肽单独涂层中乳链菌肽耗尽的缺点,同时在应用中实现延长的抗菌功效。首先,通过 TEMPO 氧化纤维素纳米纤丝 (TOCNF) 和乳链菌肽之间的静电吸引力构建抗菌水凝胶。流变分析证实,TOCNF/乳链菌肽比例为3:1的水凝胶形成了良好的凝胶网络,同时具有较高的乳链菌肽负载效率。获得的水凝胶响应于 pH 值表现出乳链菌肽的受控释放,在 pH 值 7 下的释放速度比在 pH 值 5 和 pH 值 9 下的速度慢。然后,将获得的水凝胶加工成微粒,以促进其作为纸包装涂层的应用。在 4:1 的水/水凝胶比和 8000 rpm 的机械剪切速率下获得了高度稳定的 TOCNFs/乳链菌肽水凝胶微粒。与未涂布纸相比,带有水凝胶微粒涂层的纸的拉伸强度提高了 14.67%。作为奶酪在 4°C 下储存 7 天的包装,水凝胶微粒涂层纸可以显着减少奶酪的生长。获得的水凝胶已被加工成微粒,以促进其作为纸包装涂层的应用。在 4:1 的水/水凝胶比和 8000 rpm 的机械剪切速率下获得了高度稳定的 TOCNFs/乳链菌肽水凝胶微粒。与未涂布纸相比,带有水凝胶微粒涂层的纸的拉伸强度提高了 14.67%。作为奶酪在 4°C 下储存 7 天的包装,水凝胶微粒涂层纸可以显着减少奶酪的生长。获得的水凝胶已被加工成微粒,以促进其作为纸包装涂层的应用。在 4:1 的水/水凝胶比和 8000 rpm 的机械剪切速率下获得了高度稳定的 TOCNFs/乳链菌肽水凝胶微粒。与未涂布纸相比,带有水凝胶微粒涂层的纸的拉伸强度提高了 14.67%。作为奶酪在 4°C 下储存 7 天的包装,水凝胶微粒涂层纸可以显着减少奶酪的生长。奶酪表面上的单核细胞增生李斯特菌,与单独的乳链菌肽涂层相比,表现出持续的抑制优势。使用水凝胶微粒作为涂层浆料为纸张处理提供了一种通用方法,并赋予纸张在储存过程中主动防止食品表面细菌增殖的持续释放特性。这项工作的发现有望扩大纳米纤维素和乳酸链球菌肽在食品活性包装领域的应用。