Lisensi Atribusi (CC BY) ( https://
creativecommons.org/licenses/by/
10.3390/ma16030926
1 2
1,*
https://www.mdpi.com/journal/materials 1
Abstrak: Kitosan merupakan salah satu biopolimer yang mempunyai potensi besar sebagai kemasan pangan karena kemampuannya dalam membentuk lapisan film tanpa bahan tambahan serta mempunyai sifat mekanik dan antibakteri yang lebih baik dibandingkan dengan biopolimer lainnya. Namun film kitosan masih memiliki keterbatasan karena sensitivitas kelembabannya yang tinggi dan fleksibilitasnya yang terbatas. Memasukkan nanopartikel ZnO (ZnO-NPs) dan
asam stearat (SA) ke dalam film kitosan diharapkan dapat meningkatkan kekuatan tarik, penghalang uap air, dan kemampuan antibakteri.
Film Antibakteri untuk Makanan
Revisi: 11 Januari 2023
4.0/).
Diterima: 16 Januari 2023 Kutipan: Suyatma, NE; Gunawan,
Diterbitkan: 18 Januari 2023 Aplikasi Pengemasan. Materi 2023, 16, 926. https://doi.org/
S.; Putri, RY; Tara, A.; Abbes, F.;
Hak Cipta: © 2023 oleh penulis.
Hastati, DY; Abbès, B. Aktif
Editor Akademik: Luca Malfatti
Pemegang Lisensi MDPI, Basel, Swiss.
Film Nanokomposit Biohibrid
Artikel ini adalah artikel akses terbuka Terbuat dari Kitosan, ZnO
Diterima: 7 Desember 2022
didistribusikan berdasarkan syarat dan Nanopartikel, dan Asam Stearat:
ketentuan Creative Commons Studi Optimasi untuk Dikembangkan
2 1
Kampus Moulin de la Housse, 51100 Reims, Prancis
3 Jaminan Mutu Pangan, Sekolah Tinggi Vokasi, IPB University, Bogor 16128, Indonesia * Korespondensi: [email protected] (NES); [email protected] (BA)
Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknik dan Teknologi Pertanian, MATIM, UFR Sciences Exactes et Naturelles, Université de Reims Champagne-Ardenne,
Materi 2023, 16, 926. https://doi.org/10.3390/ma16030926
Universitas IPB, Bogor 16880, Indonesia
Ahmad Tara
Nugraha Edhi Suyatma
,
Artikel
, Sanjaya Gunawan 3 dan Boussad Abbes 2,*
,
Rani Yunia Putri
,
Dwi Yuni Hastati
1. Perkenalan
, Fazilay Abbes 2
bahan
Penelitian ini bertujuan untuk mencari formula optimal film nanokomposit biohibrid yang tersusun dari kitosan, ZnO-NPs, dan SA. Pendekatan desain faktorial lengkap—4 × 2 dengan 3 ulangan, yaitu dua variabel independen, yaitu %ZnO-NPs pada 4 level (0%, 0,5%, 1%, dan 3%, b/b) dan %SA pada 2 level (0% dan 5%, b/b)—digunakan untuk mengoptimalkan film nanokomposit biohibrid berbasis kitosan, dengan tujuan utama adalah aktivitas antibakteri, penghalang uap air, dan kekuatan tarik.
Penggabungan ZnO-NPs ke dalam film kitosan dapat meningkatkan aktivitas antibakteri, sedangkan SA menurunkannya. Penambahan SA memberikan efek yang baik hanya dalam menurunkan nilai laju transmisi uap air (WVTR) namun berdampak buruk pada sifat film lainnya yang disebutkan di atas.
Penggabungan ZnO-NP meningkatkan semua sifat kemasan fungsional yang diinginkan. Solusi yang disarankan dari studi optimasi telah divalidasi. Hasilnya, formula dengan penambahan 1% ZnO-NP
tanpa SA optimal untuk pembuatan film antibakteri aktif dengan kemampuan pengemasan multifungsi yang sangat baik.
Kata kunci: film nanokomposit biohibrid; film antibakteri; nanopartikel ZnO; optimasi faktorial penuh ; kemasan makanan; film kitosan
Bahan kontak pangan adalah bahan dan barang yang dimaksudkan untuk kontak langsung dengan pangan, seperti wadah dan kemasan. Ini dapat dibuat dari plastik, karet, kertas, dan logam [1]. Plastik merupakan bahan yang paling banyak digunakan untuk kemasan makanan karena fleksibel, mudah dibentuk, dapat ditutup dengan panas, ringan, sulit pecah, dan biaya pembuatannya murah.
Dengan demikian, lebih dari 50% makanan kemasan di Eropa dikemas dalam plastik [2], dan sektor pengemasan telah menjadi pasar pengguna akhir plastik terbesar di Eropa [3]. Namun, banyak plastik sekali pakai, yang jika digabungkan dengan tingkat daur ulang atau penggunaan kembali yang rendah, akan memberikan kontribusi signifikan terhadap pencemaran lingkungan [4]. Dampak lingkungan dari kemasan plastik telah menginspirasi penelitian bahan kemasan ramah lingkungan, seperti polisakarida, protein, dan lipid.
Berkat kemampuannya membentuk film, tidak beracun, biaya rendah, sifat mekanik dan penghalang gas yang kuat, aksesibilitas, dan biodegradabilitas [5,6], polisakarida adalah bahan yang paling sering digunakan. Karena produksi film bebas bahan kimia dan sifat antibakterinya,
Film Nanokomposit Biohibrid Aktif Terbuat dari Kitosan, Nanopartikel ZnO, dan Asam Stearat: Studi Optimasi
Mengembangkan Film Antibakteri untuk Aplikasi Pengemasan Makanan
Asam stearat (SA) adalah asam lemak jenuh yang dikenal karena manfaatnya terhadap sifat penghalang uap air. Ini umumnya dimasukkan ke dalam film berbasis biopolimer, seperti pati [16-18], hidroksipropil metilselulosa [19], dan gelatin [20], untuk meningkatkan penghalang uap air . Casillas- Vargas dkk. [21] menemukan bahwa SA memiliki aktivitas antibakteri terhadap mikroorganisme gram positif dan gram negatif. Namun, aktivitas antibakteri SA dalam film biokomposit belum diteliti. Dengan demikian, kombinasi ZnO-NPs dan SA dapat meningkatkan beberapa sifat fungsional kemasan, seperti penghalang uap air, sifat mekanik (kekuatan tarik dan elastisitas yang lebih tinggi secara bersamaan), dan sifat antibakteri film nanokomposit biohibrid berbasis kitosan.
ZnO-NP adalah oksida logam anorganik tidak beracun yang banyak digunakan dalam industri makanan sebagai suplemen seng dan agen antibakteri, khususnya pada pelapis makanan, untuk mencegah pembusukan makanan oleh jamur dan bakteri. Penggabungan ZnO-NPs dapat meningkatkan aktivitas antibakteri pada sistem pengemasan untuk memperpanjang umur simpan makanan yang dikemas dengan bahan-bahan tersebut. Badan Pengawas Obat dan Makanan Amerika Serikat (FDA) telah mengkategorikan ZnO sebagai zat yang umumnya diakui sebagai zat aman (GRAS) [11,12] karena tidak beracun bagi sel manusia. Siddiqi dkk. [13] membuktikan bahwa ZnO- NP dengan konsentrasi melebihi 100 g/mL berbahaya, tetapi ZnO-NP dengan konsentrasi di bawah 100 g/mL aman. Selain itu, Jayasuriya dkk. [14] menemukan bahwa film komposit yang mengandung 1% ZnO-NP menurut beratnya (ukuran partikel sekitar 30 nm) menunjukkan sitotoksisitas sel yang rendah, namun konsentrasi ZnO-NP yang lebih besar dari 5% menunjukkan toksisitas yang jelas.
Beberapa penelitian menunjukkan bahwa film nanokomposit biohibrid kitosan-ZnO-NP lebih unggul dalam mempertahankan warna buah, meminimalkan kehilangan air, meningkatkan aktivitas antibakteri, dan memperpanjang masa kesegaran. Li dkk. [8] dan Rahman dkk. [15] menunjukkan bahwa film komposit kitosan – ZnO-NP dapat memperpanjang umur simpan tomat ceri dan daging sapi mentah.
Materi 2023, 16, 926 2 dari 15
ZnO-NP adalah nanopartikel anorganik yang paling menjanjikan karena karakteristik fisik dan kimianya yang menakjubkan. Baru-baru ini, Aji dkk. [10] melakukan meta-analisis pada evaluasi berbagai faktor ZnO-NP pada sifat film bionanokomposit. Menurut meta-analisis saat ini, penggunaan ZnO-NP sebagai nanofiller dalam film bionanokomposit secara signifikan meningkatkan kekuatan tarik, perpanjangan putus, dan permeabilitas uap air (WVP). Selain itu, penelitian ini menunjukkan bahwa karakteristik film yang optimal untuk meningkatkan umur simpan produk makanan dapat dicapai dengan menggunakan ZnO-NP dengan spesifikasi yang tepat.
Penelitian ini bertujuan untuk menemukan formulasi optimal untuk memproduksi film nanokomposit biohibrid kitosan, ZnO-NP, dan SA. Kombinasi terbaik antara mekanik, laju transmisi uap air dan sifat antibakteri terhadap bakteri gram negatif dan gram positif ditentukan dengan menggunakan desain faktorial penuh (FFD) selama fase optimasi.
Nanokomposit biohibrid didefinisikan sebagai polimer berbasis bio yang diisi dengan nanopartikel anorganik, seperti oksida logam, tanah liat, dan silika [9]. Penggabungan nanopartikel anorganik ke dalam polimer berbasis bio sebagai bahan kontak makanan
bertujuan untuk meningkatkan sifat mekanik dan penghalang polimer sekaligus menawarkan fungsi aktif.
kitosan telah menjadi subjek dari banyak penelitian tentang polisakarida berbeda yang berupaya menciptakan kemasan makanan antimikroba aktif. Kitosan telah digunakan dalam banyak makanan sebagai pengawet alami, namun ketahanan mekanisnya yang buruk, ketahanan air, dan sifat penghalangnya membatasi penerapannya [7]. Untuk menghindari kelemahan ini, dimungkinkan untuk membuat film nanokomposit biohibrid dengan memperkuat kitosan dengan bahan pengisi berukuran nano [8].
Kalorimetri pemindaian diferensial (DSC), spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR), pemindaian mikroskop elektron (SEM), dan teknik karakterisasi fisik lainnya juga digunakan untuk menyelidiki sampel yang mewakili film nanokomposit biohibrid dalam penelitian ini. Penelitian ini dapat memberikan formulasi dan panduan optimal untuk menyiapkan film nanokomposit biohibrid, yang dapat digunakan sebagai film atau pelapis antibakteri aktif untuk aplikasi pengemasan makanan.
ZnO-NP dari agregasi. Larutan nanokomposit biohibrid yang dihasilkan kemudian
dijadikan cetakan poli (tetrafluoroetilen) (PTFE) berdimensi 40 × 30 × 5 cm3 menjadi larutan.
3 dari 15 Materi 2023, 16, 926
Gambar 1. Diagram alir pembuatan film nanokomposit kitosan-ZnO-NPs: (A) dengan asam stearat, (B) tanpa asam stearat.
2.3. Optimasi Menggunakan Desain Faktorial Penuh dan Analisis Statistik
(ATCC 11778), Escherichia coli (ATCC 25922), dan Staphylococcus aureus (ATCC 25923).
2.2. Persiapan Film Nanokomposit/Solusi Pelapis
kedalaman kurang lebih 2 cm dan dikeringkan dalam oven pengering pada suhu 40 ÿC selama 24 jam Sebelum pengujian,
(ANOVA dan statistik fit dengan ÿ = 0,05 untuk tingkat signifikan), serta optimasi dan konfirmasi
(B) tanpa asam stearat.
Gambar 1. Diagram alir pembuatan film nanokomposit kitosan-ZnO-NPs: (A) dengan asam stearat,
Design Expert V13 (StatEase, Minneapolis, MN, USA) digunakan untuk membangun desain
faktorial lengkap dengan kategori bertingkat untuk menghasilkan percobaan yang berjalan, menganalisis data banyak) sebagai pengemulsi dan dihomogenisasi menggunakan homogenizer berkecepatan tinggi pada 15.000 rpm untuk (POLYTRON Homogenizer dari Kinematika AG, Malters, Swiss) hingga homogen
tes aktivitas crobial; kultur uji yang diambil dari koleksi SEAFAST CENTER IPB Uni (Merck KGaA, Darmstadt, Jerman) digunakan untuk uji aktivitas antimikroba; tes
2. Bahan-bahan dan metode-metode
2 menit (POLYTRON Homogenizer dari Kinematika AG, Malters, Swiss) hingga diperoleh larutan ho. Serbuk kitosan dan polimer kitosan gliserol dapat berperan sebagai
dan kaldu nutrisi (Merck KGaA, Darmstadt, Jerman) digunakan untuk antimi dan asam laktat 90% (Sigma Aldrich, Darmstadt, Jerman). Agar nutrisi dan kaldu nutrisi
asam laktat 2% dengan atau tanpa asam stearat dengan Tween 80 (Merck KGaA, Darmstadt, Ger sebagai pengemulsi dan dihomogenisasi menggunakan homogenizer berkecepatan tinggi pada 15.000 rpm selama 2 menit
desikator pada suhu kamar selama dua hari dengan kelembaban relatif 75%.
Sebelum pengujian, film kering dikikis dari permukaan pengecoran dan dikondisikan terlebih dahulu dalam suhu selama dua hari dengan kelembaban relatif 75%.
(Osaka, Jepang), dan asam laktat 90% (Sigma Aldrich, Darmstadt, Jerman). Nutrient agar ukuran partikel rata- rata 20 nm dan kemurnian 95% dari Wako Pure Chemicals (Osaka, Jepang),
belajar. Penelitian ini dapat memberikan formulasi dan panduan optimal untuk menyiapkan film nanokomposit biohibrid, yang dapat digunakan sebagai film atau pelapis antibakteri aktif untuk aplikasi pengemasan makanan.
film nanokomposit brid dengan atau tanpa asam stearat. ZnO-NP pertama kali didispersikan dalam asam 2%
dengan atau tanpa asam stearat dengan Tween 80 (Merck KGaA, Darmstadt, Jerman)
NP dengan ukuran partikel rata-rata 20 nm dan kemurnian 95% dari Wako Pure Chemicals (Cirebon, Indonesia), Gliserol 99% Sigma Aldrich, Darmstadt, Jerman), ZnO-NP dengan
hingga kedalaman larutan kira-kira 2 cm dan dikeringkan dalam pengering oven pada suhu 40 °C selama 24 jam, film kering dikikis dari permukaan pengecoran dan dikondisikan sebelumnya dalam desikator pada suhu kamar.
Gambar 1 mengilustrasikan diagram alir proses yang digunakan untuk memproduksi film nanokomposit biohy kitosan-ZnO NP dengan atau tanpa asam stearat. ZnO-NP pertama kali tersebar dalam laktat
dituangkan ke dalam cetakan poli (tetrafluoroethylene) (PTFE) dengan dimensi 40 × 30 × 5 cm3
Surindo (Cirebon, Indonesia), Gliserol 99% Sigma Aldrich, Darmstadt, Jerman), ZnO dengan derajat deasetilasi 90,2% (diukur melalui titrasi koloid) dari Biotech Surindo
2.2. Persiapan Film Nanokomposit / Larutan Pelapis Gambar 1
mengilustrasikan diagram alir proses yang digunakan untuk memproduksi biohibrid kitosan-ZnO NP
bertindak sebagai bahan penutup untuk ZnO-NP dalam sistem pencampuran ini untuk mencegah asam stearat dan agregasi. Larutan nanokomposit biohibrid yang dihasilkan kemudian dituangkan ke dalamnya
der dengan tingkat deasetilasi 90,2% (diukur melalui titrasi koloid) dari Biotech Bahan yang digunakan untuk memproduksi film/pelapis nanokomposit adalah bubuk kitosan
cus aureus (ATCC 25923).
Bahan yang digunakan untuk memproduksi film/pelapis nanokomposit adalah kitosan pow 2.1. Bahan
larutan mogenous diperoleh. Serbuk kitosan dan polimer kitosan gliserol dapat menjadi bahan penutup untuk ZnO-NP dalam sistem pencampuran ini untuk mencegah asam stearat dan ZnO-NP.
kultur yang digunakan adalah Bacillus cereus (ATCC 11778), Escherichia coli (ATCC 25922), dan kultur Staphylocococ yang diambil dari koleksi SEAFAST CENTER IPB University adalah Bacillus cereus
2.1. Bahan 2.
Bahan dan Metode
di mana Y adalah respons dan A, B, dan AB masing-masing diberi kode variabel independen yang sesuai dengan konsentrasi ZnO-NP, konsentrasi asam stearat, dan interaksinya . Nilai indeks “i”, “j”, dan “k” diambil sebagai i = 0%, 0,5%, 1%, dan 3%; j = 0% dan 5%; dan k = 1, 2, 3 (banyaknya ulangan).
Satuan WVTR adalah g/(m2 hari), diukur pada ÿRH = RHout ÿ RHin = 97% RH pada suhu 30 ÿC. Seluruh sampel film untuk pengukuran WVTR dipilih dengan ketebalan yang sama pada kisaran 33,2–33,7 µm.
Mesin uji tarik digunakan untuk mengevaluasi sifat mekanik film (Instron 4411, Norwood (Massachusetts), USA). Untuk menghitung luas penampang, ketebalan spesimen film ditentukan menggunakan mikrometer digital (Digimatic Micrometer, Mitutoyo, Jepang) sebelum pengujian.
Setiap spesimen film ditempatkan di antara grip alat uji tarik dan diuji dengan jarak grip awal 50 mm dan kecepatan crosshead 1 mm/s. Tes mekanis direplikasi tujuh kali. Kekuatan tarik dihitung sebagai gaya putus maksimum dibagi dengan luas penampang awal film, dan perpanjangan putus (dalam %) dihitung sebagai panjang delta saat putus (ÿL) dibagi dengan panjang pengukur awal.
2.4. Analisis Film Nanokomposit Biohibrid
2.4.1. Uji Transmisi Uap Air Menggunakan Metode Gravimetri Laju
transmisi uap air (WVTR) film diukur menggunakan teknik gravi metrik (ASTM E-96) dan sistem cawan kering. Desikan (CaCl2) ditempatkan dalam cangkir. Sampel film berbentuk lingkaran (diameter 2,5 cm) kemudian diletakkan di atas cawan dan ditutup dengan lilin untuk menjamin tidak ada kebocoran uap air selama pengujian sampel. Sebelum cawan direndam dalam desikator yang berisi larutan garam K2SO4 jenuh (97% RH), berat awalnya diukur dengan ketelitian 0,0001 g. Seluruh kumpulan kemudian ditimbang secara konsisten setiap dua jam selama tiga hari. Kami memeriksa bahwa tidak terjadi kebocoran sehingga seluruh
peningkatan massa sampel dapat dikaitkan dengan transmisi uap air. Grafik yang
menggambarkan hubungan antara pertambahan berat badan dan waktu juga digambar. WVTR dihitung dengan Persamaan (2), diberikan di bawah ini:
formula yang optimal. Kami mendefinisikan dua variabel independen: konsentrasi ZnO-NP pada empat tingkat (0%, 0,5%, 1%, 3% berat kitosan) dan jumlah asam stearat (SA) pada dua tingkat (0% dan 5% berat kitosan). ) dengan jumlah gliserol yang konstan sebagai pemlastis dan penambahan Tween 80 sebagai pengemulsi ketika menggunakan asam stearat. Jumlah ZnO- NP dan asam stearat yang digunakan dalam penelitian ini mengacu pada penelitian kami sebelumnya dengan pektin dan pati sebagai matriks biopolimer [16]. Sedangkan respon (variabel terikat) adalah permeabilitas uap air (WVP), persen elongasi putus (% EB), kuat tarik putus (TS), dan aktivitas antibakteri terhadap Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, dan Escherichia coli yang ditunjukkan dengan diameter zona hambat. . Analisis lebih lanjut meliputi analisis termal DSC, aktivitas air, dan pengamatan SEM terhadap struktur mikro film.
(2) Model matematika yang mewakili respon desain faktorial penuh adalah model polinomial linier yang interaksinya dijelaskan oleh Persamaan (1).
(1)
WVTR =
2.4.3. Aktivitas Antibakteri dengan Uji Difusi Sumur Agar Yijk = µ + Ai + Bj + (AB)ij + ÿijk
2.4.2. Peralatan mekanis
Materi 2023, 16, 926 4 dari 15
grafik g kemiringan hari luas sampel (m2)
Bacillus cereus (ATCC 11778), Escherichia coli (ATCC 25922), dan Staphylococcus aureus (ATCC 25923) diinokulasi ke dalam 100 mL Nutrient Agar (NA) yang mengandung 0,2 mL
2.4.5. Analisis Termal oleh DSC
2.4.7. Aktivitas Air
Aktivitas air diukur menggunakan aw meter (Shibaura WA–360, Saitama, Jepang).
Film sampel dengan ketebalan sekitar 20–30 µm digunakan untuk pengukuran. Setiap sampel dipindai sebanyak 16 kali.
Inkubasi kemudian diselesaikan selama 24 jam pada suhu 37 ÿC. Mengurangi diameter luar dari diameter dalam zona bening “sumur” menghasilkan zona hambat (cm).
1 × 108 CFU/mL, distandarisasi dengan McFarland (standar 1). Setelah pemadatan, lima potong dibor dengan penggerek gabus steril untuk membuat “sumur”. Lima sumur diisi dengan empat perlakuan larutan nanokomposit biohibrid dan satu (di tengah) dengan air steril.
Sebelum dilakukan pengukuran, instrumen terlebih dahulu dikalibrasi menggunakan larutan garam jenuh NaCl. Pencatatan dilakukan terhadap nilai aw dan suhu pada saat pengukuran.
3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Proses Optimasi dengan Full Factorial Design
3.1.1. Jumlah Proses dan Respon Ganda untuk perangkat lunak
Optimization Design-Expert® (DX13) yang menawarkan opsi “Kategori Bertingkat”, yang dikenal sebagai “faktorial umum atau konvensional” [22], digunakan dalam penelitian ini. Desain eksperimen dengan menggunakan faktorial penuh memfasilitasi penilaian simultan terhadap dampak penggunaan ZnO-NP dan SA serta efek interaksinya terhadap respons yang ditargetkan.
2.4.4. Pemindaian Mikroskop Elektron
Pemindaian mikrograf elektron diperoleh dengan menggunakan Jeol JSM-5600LV (JEOL, Ak isima, Jepang). Spesimen film dipasang pada potongan aluminium yang dilapisi dengan pita karbon dua sisi dan dilapisi dengan emas untuk meningkatkan konduktivitas permukaan. Semua spesimen diamati dalam SEM pada 5 kV.
Tabel 1 menyajikan total 24 run yang diperoleh dari desain faktorial penuh (4 × 2 dengan tiga ulangan). Urutan proses diacak untuk mengoptimalkan variabel proses bersama dengan variabel eksperimental dan dependen, yaitu WVTR, %EB, TS, dan aktivitas antibakteri.
5 dari 15 Materi 2023, 16, 926
Menggunakan kalorimeter pemindaian diferensial (SHIMADZU DSC-60, Kyoto, Jepang), sifat termal film diukur. Setelah mengkondisikan spesimen sampel, sampel seberat 10 mg dipotong dan disegel dalam panci aluminium. Analisis dilakukan antara suhu ÿ30 ÿC dan 300 ÿC pada kecepatan pemindaian 10 ÿC/menit dengan panci kosong sebagai sampel referensi.
2.4.6. Analisis Spektroskopi FTIR
Spektrum FTIR film nanokomposit kitosan dan biohibrid dengan dan tanpa SA direkam menggunakan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (Spectrum One FT-IR spectrometer, Perkin Elmer, Waltham, MA, USA) pada rentang frekuensi 400–4000 cm ÿ1 .
ruang desain atau memenuhi syarat untuk dimasukkan dalam tahap optimasi.
3.1.2. Analisis Varians (ANOVA) dan Pengaruh Variabel Independen Berbagai Tanggapan
disesuaikan R2 ; yaitu, perbedaannya kurang dari 0,2, menunjukkan bahwa statistik tersebut cocok dan semuanya presisi, ketika mengukur rasio signal-to-noise (rasio S/N), rasio yang lebih besar dari 4 adalah menunjukkan bahwa semua prediksi R2 dari respons sesuai dengan
untuk respons WVTR, %EB, TS, B. cereus, S. aureus, dan E. coli, masing-masing, menunjukkan B (%SA) dan interaksinya (AB). Semua tanggapan dengan nilai p kurang dari 0,01% menunjukkan
diinginkan. Penelitian saat ini menghasilkan rasio 43.4378, 23.1187, 25.5774, 18.1951, 8.8458, 17.788
tanggapan memenuhi syarat untuk proses optimasi. Apalagi menyangkut kecukupan
bahwa semua model valid. Tabel 2 juga menunjukkan pengaruh utama Faktor A (%ZnO-NPs) dan72.5 38
1,00
0,70 (%, b/b)
0,70 0,97 0
3
59.1
0,9
22 59.1
3
50.8
B.cereus
30 26.98
0,85 1.03
3 (%, b/b)
0,68 28.59
18 19
0,88
21
50.3 29.29
0,68 5
52
Zona Hambat (cm)
28.7
5
1.07 1.10
0,83
0,68 2
9 10 11 12 13 14 15 16 17
TS
0 1
24
24.3
S.aureus
41.66
1.02
43.6 26.8
5
0,73
0,5
Tabel 1. Matriks run desain faktorial penuh dan beberapa respon yang diperoleh.
20.4
0,98
1.12 1.15
5
0,83 5
23
54.2
0,97
42.53
1.20 41.3
Jalankan Nomor **
1
1.13
0,88 19.3
4
0,92 1.22
1
1.08 21.2
1.02 43.26
56.9
0,63 0,98
Variabel Dependen (Respon untuk Optimasi)
39.47 6
0,77
0
35,0 56,2 57,7 31,3 33,3 20,4 32,4 30,6 41,7
0,78 68.0
0,72
0,85 0
40,24 27,48 29,39 27,48 39,44 45,96 41,2 39,7 49,45 40,83 26,98
40.6
1.23 0
0 0
0,82
26.15 0,5
1 1 3
0,5 0 0
0,5 0 0,5 1
(kPa)
53.6
5 0 0 5 0 5 5 0 0 5
83.2
E.coli
1.15 3
0,83 Variabel independen
29.4
0,80 29.48
0
5
0,95 29.5
1.22 8
0,93
1.08
0,85 1,10 1,17 0,82 0,72 0,72 0,87 0,83 1,22
0,5
27.23
0,82 0
SA
0,95 27.3
5
1,00 7.8
0,80 3
0,88 1
%EB
7.7 0,73
0,87 1,18 0,98 0,83 0,65 0,63 0,72 0,70 0,83 0,85
0,73 (g/m2 /hari)
0,75 ZnO-NP
3
48.7
31.9 7
0,75
1.18 0
20
32.3 WVTR
26.69
28,5 43,3 47,9 65,2 20,5 24,3 9,1 10,4 25,3 31,7 38,6
5
Nilai p model faktorial untuk semua parameter respons kurang dari 0,01%, yang menunjukkan
6 dari 15
Materi 2023, 16, 926
Catatan: ** Urutan nomor proses diacak menggunakan software DX13.
tidak ada pengaruh interaksi yang signifikan antara ZnO-NP dan SA (p = 0,4524). Selain itu, Tabel 2
Hasil analisis varians (ANOVA) disajikan pada Tabel 2 yang menunjukkan bahwa
sinyal yang memadai. Hal ini menegaskan bahwa setiap model dari semua respons dapat digunakan untuk menavigasi
dampak signifikan dari faktor-faktor dan interaksinya. Dalam hal kekuatan tarik, memang ada
Materi 2023, 16, 926 7 dari 15
dengan ****
<0,0001 ****
17.788 17.788 0,0226**
0,0006 0,0006***
0,9824 Model Model Antar. Model AB Adj-R2
p-Nilai
18.1951 Adeq Presisi Adeq
<0,0001
<0,0001 ****
<0,0001 **** 0,0008 0,0008 ****
<0,0001
<0,0001 ****
Tabel 2. Hasil ANOVA (full faktorial model) dan statistik fit.
<0,0001 0,0005 Faktor A
18.1951 25.5774
%EB WVTR TS %EB B. Cereus TS
B. Cereus S. aureus
S. aureus E. coli
E. coli
<0,0001 <0,0001 ****
<0,0001 ****
<0,0001
<0,0001 ****
<0,0001
<0,0001 ****
<0,0001
< 0,0001 ****
<0,0001
<0,0001 ****
<0,0001 **** <0,0001
<0,0001 **** <0,0001
<0,0001 ****
<0,0001
<0,0001 ****
0,9174 0,7565 0,7565
0,9188 0,9188
<0,0001 0,9887 Model
0,4524 0,0002 ****
23.1187 43.4378 Respon
rammeter
Model
Model Pred-R2
0,9563 0,9174
<0,0001 ****
p-Nilai
8.8458 8.8458
<0,0001 Faktor B
25.5774 23.1187 0,4524 0,0002
0,0002 **** 0,0226
Parameter WVTR Antar. AB
0,9472 0,9887
0,9563 0,9472
Gambar 2. Lanjutan.
p-Nilai FFD
0,0002 0,0005 ****
43.4378 Presisi 0,9173
0,9824 0,9316 0,9173 0,8707 0,9316 0,8707 0,6188
0,6188 0,8729
0,8729
7 dari 16 Materi 2023, 16, x UNTUK PEER REVIEW
tion; p-value dengan **** = signifikan pada p < 0,001; dengan ** = signifikan pada p < 0,05; tanpa ** = tidak = signifikan pada p < 0,001; dengan ** = signifikan pada p < 0,05; tanpa ** = tidak signifikan.
penting.
Keterangan: adj = disesuaikan, pred = diprediksi, adeq = kecukupan; A = %ZnO-NP; B = %SA; Antar. = Interac Catatan: adj = disesuaikan, pred = diprediksi, adeq = kecukupan; A = %ZnO-NP; B = %SA; Antar. = Interaksi; nilai p Tabel 2. Hasil ANOVA (full faktorial model) dan statistik fit.
****
****
****
E.coli. Kecuali untuk kekuatan tarik, Gambar 2 menunjukkan pengaruh signifikan interaksi antara ZnO- NPs dan SA. Pada Gambar 2C, garis merah putus-putus (mewakili 0% SA) dan
****
****
p-Nilai Faktor A p-Nilai Faktor B p-Nilai
Gambar 2 menggambarkan efek interaksi ZnO-NPs dan SA pada berbagai respon: WVTR;
%EB; Daya tarik; dan aktivitas antibakteri terhadap B. cereus; S.aureus; Dan
****
****
****
dari paralel, menunjukkan interaksi yang signifikan antara ZnO-NP dan SA.
Tanggapan Pa
**
****
****
**** ****
<0,0001
<0,0001 ****
<0,0001 p-Nilai FFD p-Nilai Penyesuaian-R2
****
****
<0,0001
<0,0001 ****
<0,0001
antara ZnO-NP dan SA. Pada Gambar 2C, garis merah putus-putus (mewakili 0% SA) dan garis hijau solid (mewakili 5% SA) hampir sejajar, menunjukkan tidak ada pengaruh signifikan
****
****
****
Pra-R2
WVTR; %EB; Daya tarik; dan aktivitas antibakteri terhadap B. cereus; S.aureus; dan E.coli. Kecuali untuk kekuatan tarik, Gambar 2 menunjukkan pengaruh interaksi yang signifikan
****
****
****
interaksi. Namun, pada Gambar 2A,B,D–F, garis merah putus-putus dan garis hijau solid jauh dari paralel, menunjukkan interaksi yang signifikan antara ZnO-NP dan SA.
****
****
garis hijau solid (mewakili 5% SA) hampir sejajar, menunjukkan tidak ada interaksi yang
signifikan. Namun pada Gambar 2A,B,D–F, garis merah putus-putus dan garis hijau solid berada jauh
Gambar
2menggambarkan efek interaksi ZnO-NP dan SA pada berbagai respons:
Sifat mekanik film diilustrasikan pada Gambar 2B,C. Terlihat bahwa kandungan ZnO-NP meningkat, kekuatan tarik film meningkat (Gambar 2C). Tambahan
Materi 2023, 16, x UNTUK PEER REVIEW
%EB. Dimasukkannya SA cenderung mengurangi nilai% EB film nanokomposit, seperti terlihat pada Gambar 2B. Sedangkan untuk kekuatan tarik, keberadaan SA kemungkinan menimbulkan ketidakhomogenan Gambar 2 menunjukkan bahwa penambahan SA mempunyai pengaruh yang baik terhadap pengurangan. Gambar 2 menunjukkan bahwa penambahan SA mempunyai pengaruh yang baik terhadap pengurangan Gambar 2. Efek interaksi ZnO-NPs dan SA: (A) WVTR; (B) % perpanjangan putus; (C) tarik Gambar 2. Efek
interaksi ZnO-NPs dan SA: (A) WVTR; (B) % perpanjangan putus; (C) tarik
kekuatan; (D,E,F) masing-masing bersifat antibakteri terhadap B. cereus, S. aureus, dan E.
coli . kekuatan; (D – F) antibakteri masing-masing terhadap B. cereus, S. aureus, dan E. coli.
Dengan penambahan ZnO-NPs, diperoleh nilai WVTR yang lebih rendah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2A. Nilai WVTR terendah terlihat pada penambahan ZnO-NPs 3% yaitu sebesar 27,23 Gambar 2A. Nilai WVTR terendah terlihat pada penambahan ZnO-NPs 3% yaitu penurunan WVTR (Gambar 2A), dan peningkatan perpanjangan putus (Gambar 2B), penurunan WVTR (Gambar 2A), dan peningkatan perpanjangan putus (Gambar 2B),
Dengan penambahan ZnO-NPs, diperoleh nilai WVTR yang lebih rendah, seperti yang ditunjukkan pada
adalah 27,23 g/(m2 .hari). Namun nilai WVTR ini tidak berbeda nyata
Mengenai elastisitas film, yang dinilai dengan% elongasi (Gambar 2B), the
Faktor Utama dan Pengaruh Interaksi terhadap Sifat
Mekanik Sifat mekanik film diilustrasikan pada Gambar 2B,C. Diketahui bahwa ketika
Materi 2023, 16, 926 8 dari
15 8 dari 16
Faktor Utama dan Pengaruh Interaksi terhadap WVTR
Faktor Utama dan Pengaruh Interaksi terhadap Sifat Mekanik
kekuatan tarik (Gambar 2C), dan aktivitas antibakteri juga (Gambar 2D–F). kekuatan tarik (Gambar 2C), dan aktivitas antibakteri juga (Gambar 2D–F).
Nilai WVTR yang meningkatkan penghalang uap air, namun berpengaruh negatif terhadap nilai WVTR lainnya, yang meningkatkan penghalang uap air, namun berpengaruh negatif terhadap yang lain
ZnO-NP. Hal ini menunjukkan bahwa formula dengan 1% ZnO-NP dapat menghasilkan yang tertinggi. Dimasukkannya SA cenderung mengurangi nilai %EB film nanokomposit, seperti terlihat pada
integritas. Menambahkan hingga 3% ZnO-NP ke dalam larutan nanokomposit biohibrid memberikan film dalam hal kekuatan tarik, elastisitas, dan kekuatan untuk digunakan sebagai bahan pengemas makanan.
ikatan. Untungnya, penambahan ZnO-NP mempunyai efek yang baik pada semua respon, termasuk Untungnya, penambahan ZnO-NP mempunyai efek yang baik pada semua respon, termasuk
film dengan sifat penghalang kelembaban yang sangat baik. Mengenai penambahan SA, WVTR val SA, nilai WVTR berkurang jika dibandingkan dengan formulasi serupa tanpa stearat.
kekuatan tarik film tanpa penambahan SA. Hal ini menunjukkan bahwa dampak negatifnya; yaitu, hal ini dapat mengganggu integritas film.
nilai dengan 1% ZnO-NPs (p > 0,05). Oleh karena itu, 1% ZnO-NP cukup untuk menghasilkan film dengan sifat penghalang kelembaban yang sangat baik. Mengenai penambahan
kurang, penurunan nilai WVTR tidak berbeda nyata antara formulasi yang mengandung SA dan yang tidak mengandung SA (p > 0,05).
penambahan ZnO-NP akan mengisi struktur matriks polimer kitosan, meningkatkan kualitas film. Menambahkan hingga 3% ZnO-NP ke dalam larutan nanokomposit biohibrid memberikan hasil terkuat
bahan penuaan. Sayangnya, penambahan SA pada film nanokomposit biohibrid berdampak buruk pada kualitas film. Penambahan SA menurunkan kekuatan tarik film dibandingkan dengan film sejenis
kehadiran SA berdampak negatif; yaitu, hal ini dapat mengganggu integritas film.
penggunaannya berkurang bila dibandingkan dengan formulasi serupa tanpa asam stearat. Namun asam.
Meskipun demikian, penurunan nilai WVTR tidak berbeda nyata antar keduanya
Mengenai elastisitas film, yang dinilai dengan% elongasi (Gambar 2B), penggunaan ZnO-NPs sebagai nanofiller untuk kitosan tampaknya memiliki keterbatasan. Nilai %EB
pada Gambar 2B. Sedangkan untuk kekuatan tarik, keberadaan SA kemungkinan menimbulkan ketidakhomogenan film terkuat dalam hal kekuatan tarik, elastisitas, dan kekuatan untuk digunakan sebagai kemasan makanan
Sayangnya, penambahan SA pada film nanokomposit biohibrid mempunyai efek yang kurang baik
meningkat dengan penambahan ZnO-NPs hingga 1%, kemudian turun dengan penambahan ZnO-NPs 3%. Hal ini menunjukkan bahwa formula dengan 1% ZnO-NPs dapat menghasilkan %EB tertinggi.
dibandingkan dengan formulasi identik tanpa SA. Penambahan SA dapat menghambat pena masuk ke dalam struktur matriks polimer kitosan, sehingga menghasilkan film dengan integritas lebih rendah dibandingkan efek buruk pada kualitas film. Penambahan SA mengurangi kekuatan tarik formulasi film tanpa SA. Penambahan
SA dapat menghambat penetrasi ZnO-NP
Faktor Utama dan Pengaruh Interaksi terhadap WVTR
mengandung SA dan tanpa SA (p > 0,05).
ZnO-NPs sebagai nanofiller untuk kitosan tampaknya memiliki keterbatasan. Nilai %EB in meningkat dengan penambahan ZnO-NPs hingga 1%, kemudian turun dengan penambahan 3%
integritas lebih rendah daripada film tanpa SA. Berdasarkan analisis ANOVA dengan tingkat con ditentukan bahwa penambahan SA menyebabkan perbedaan kuat tarik yang signifikan.
ketika kandungan ZnO-NP meningkat, kekuatan tarik film meningkat (Gambar 2C). Penambahan ZnO-NP akan mengisi struktur matriks polimer kitosan, sehingga meningkatkan integritas film.
Respon yaitu penurunan perpanjangan putus, kuat tarik, dan aktivitas antibakteri Respon yaitu penurunan perpanjangan putus, kuat tarik, dan aktivitas antibakteri.
g/(m2.hari). Namun nilai WVTR ini tidak berbeda nyata dengan nilai WVTR WVTR dengan ZnO-NPs 1% (p > 0,05).
Oleh karena itu, 1% ZnO-NP sudah cukup untuk
etrasi ZnO-NP ke dalam struktur matriks polimer kitosan, menghasilkan film dengan film tanpa SA. Berdasarkan analisis ANOVA dengan tingkat kepercayaan 5%, memang demikian
fidence 5%, ditentukan bahwa penambahan SA menyebabkan perbedaan yang signifikan pada film tanpa penambahan SA. Hal ini menunjukkan bahwa kehadiran SA memiliki a
campuran film nanokomposit biohibrid kitosan-ZnO-NPs dan melemahkan integritas film yang dihasilkan.
3.1.3. Optimalisasi Beberapa Respons Dalam
proses optimasi, sasaran untuk variabel independen ditetapkan “dalam jangkauan”, dan tingkat kepentingan ditetapkan menjadi 3 (default), sedangkan sasaran dari setiap respons ditetapkan sesuai dengan tujuan penelitian (Tabel 3), yaitu WVTR diminimalkan untuk mendapatkan penghalang uap air maksimum; %EB dimaksimalkan untuk mendapatkan elastisitas maksimum untuk menghindari retak selama aplikasi, dan kekuatan tarik diatur ke “dalam kisaran” karena aplikasi sebagai film/pelapis yang dapat dimakan tidak memerlukan sifat kaku. Akibatnya, tingkat
kepentingan jawaban disesuaikan menjadi 5 untuk semua tanggapan kecuali kekuatan tarik, yang ditetapkan menjadi 3.
Aktivitas antibakteri nanokomposit biohibrid diukur dari ukuran zona bening yang disebut juga zona hambat. Semakin luas zona hambat yang terbentuk maka efektivitas antibakteri nanokomposit biohibrid semakin besar. Secara teoritis bakteri gram positif (B. cereus dan S. aureus) akan lebih mudah terpengaruh oleh sifat antimikroba bionanokomposit karena dinding sel bakteri gram positif tidak mempunyai membran luar yang dapat mencegah masuknya senyawa hidrofobik seperti suspensi kitosan ke dalam sel. Namun, tingkat sensitivitas bakteri tidak hanya bergantung pada jenis dinding sel. Beberapa faktor lain dapat mempengaruhi toleransi bakteri terhadap nanopartikel.
Gambar 2D–F menggambarkan aktivitas antibakteri film nanokomposit biohibrid yang diproduksi menggunakan “metode sumur”. Investigasi ini dilakukan untuk menguji aktivitas antibakteri formulasi nanokomposit biohibrid berbasis kitosan sebagai fungsi konsentrasi ZnO NP dan SA. Bacillus cereus (Gram+), Staphylococcus aureus (Gram+), dan Escherichia coli (Gramÿ) adalah bakteri patogen yang diuji. Karena perbedaan dinding sel bakteri gram positif dan gram negatif, nanokomposit biohibrid efektif sebagai agen antibakteri untuk kedua jenis bakteri tersebut.
Aktivitas antibakteri merupakan salah satu manfaat pemanfaatan ZnO-NP untuk kemasan film.
Materi 2023, 16, 926 9 dari 15
Dinding sel Gram positif mengandung asam teikoat dengan ketebalan peptidoglikan (PG) antara 20 dan 50 nm. Bakteri gram negatif mempunyai komponen dinding sel yang lebih rumit dari segi struktur dan kimia dibandingkan bakteri gram positif [23,24]. Dinding sel gram negatif
mengandung lapisan PG tipis dan membran luar pelindung. Nanopartikel oksida logam diketahui bersifat toksik terhadap bakteri gram positif [13], sedangkan kemampuan antibakteri larutan kitosan lebih efisien terhadap bakteri gram negatif [25].
ZnO-NP berkontribusi terhadap sifat antibakteri pada kemasan aktif melalui produksi spesies oksigen reaktif (ROS) yang diinduksi foton dan pelepasan ion Zn2+ . ZnO-NP dapat diaplikasikan pada permukaan makanan yang bersentuhan dengan bakteri patogen, sehingga menyebabkan kematian bakteri [26]. Gambar 2D–F menggambarkan hasil aktivitas antibakteri nanokomposit biohibrid berbasis kitosan. Dengan penambahan ZnO-NPs maka zona hambat terhadap bakteri patogen gram positif dan gram negatif meningkat. Pada konsentrasi ZnO-NPs 3% aktivitas antibakteri mengalami penurunan. Hasil yang diharapkan dari penggabungan SA ke dalam film nanokomposit biohibrid tidak tercapai. Gambar 2D – F menunjukkan bahwa penambahan SA mengurangi aktivitas antibakteri film nanokomposit biohibrid. Padahal Casillas-Vargas dkk. [21] menemukan bahwa SA memiliki aksi antibakteri terhadap bakteri gram positif dan gram negatif, SA menghasilkan campuran nonhomogen yang mungkin mengubah efek ZnO-NP.
Faktor Utama dan Pengaruh Interaksi Terhadap Aktivitas Antibakteri
1.22
54.873 16.749 24.614 8.199
1.12 5
61.095
0,878 0,789 0,729 29.637
5 26.15
Nama Variabel
1.178
Sasaran
63,4 62,6 61,4 66,2 62,7 65,2
E.coli 0,474 0,5
40.838
0,844 0,844 0,667 0,728
3
1.23
28,52 31,17 30,75 29,84 31,79 30,28
S.aereus S. aereus
E. coli
0,322
Berlari
0,414 Tabel 4. Solusi formula optimal yang diberikan oleh DX-13.
%EB
0
54.093 40.909
Batas atas
1,21 1,38 1,28 1,17 1,26
1,34 1.23
0,11 6
7 8
B.cereus
5
Batasan yang lebih rendah
1.089 1.161
maksimalkan
1
3
WVTR
0,41 1.20
51,9 52,3 52,4 49,9 48,0 50,6 0
1,32 1,32 1,31 1,30 1,28 1,39 42.191
1.056 maksimalkan
5
0,076 0,972
Solusi No. ZnO-NP SA WVTR
20.41 J: ZnO-NP
1.30 0
34.333 27.681
5
0,5
0 0
1.206
Pentingnya 0
1.089
TS 1
1.022 1
7.71
TS
3
1.09 5
5
5 0 5
1.028
keinginan 29.386
B: Asam Stearat
3
49.45
0,63
2
39.538 48.037 42.33
B.cereus 0,822
51.875
3
0,761
dalam jangkauan dalam jangkauan meminimalkan
0,68
S.aureus
0,904 3
1.10 5
3
26.55
68.02 maksimalkan
0,9
0,783 0,689 0,7
0
Tabel 5. Data respon formula konfirmasi: ZnO-NPs 1% tanpa penambahan SA.
0,883 4
%EB
83.21
0,63
1 2 3 4 5 6
73.651
5
0,99 28.731
31.829 32.079 20.657
E.coli
0,922 Kekuatan Tarik dalam rentang
maksimalkan B. cereus
Tabel 3. Kendala pada proses optimasi.
0,757
%EB 27.228
WVTR
Untuk mengkonfirmasi formula optimal yang disarankan oleh DX13, film nanokomposit biohibrid
dan hasilnya ditunjukkan pada Tabel 5. Rata-rata pengukuran kemudian dibandingkan
menunjukkan bahwa film komposit yang mengandung 1% ZnO-NP (30 nm) tidak akan menyebabkan sitotoksisitas 3% (b/b) ZnO-NP memiliki efek menguntungkan yang berkurang. Selanjutnya Jayasuriya dkk. [13]
Delapan solusi diperoleh dengan menggunakan perangkat lunak Design Expert, seperti terlihat pada Tabel 4.
formula optimal dicapai dengan memanfaatkan 1% ZnO-NP tanpa SA. Terlepas dari kenyataan itu Nilai keinginan berkisar dari 0 hingga 1, dan solusi memiliki nilai keinginan
(w/w) ZnO-NP tanpa penambahan SA harus menjadi formulasi yang optimal untuk digunakan nilai prediksi DX13 ditunjukkan pada Tabel 6. Semua data respon berarti berada di antara mendekati 1 harus dipilih sebagai formula optimal. Solusi No. 1 ternyata ada
95% interval prediksi (PI) rendah dan 95% interval prediksi (PI) tinggi, menunjukkan bahwa nilai desirability tertinggi yaitu 0,904. Jadi, rumusnya dicapai dengan menggabungkan
disiapkan dengan kitosan dengan 1% (b/b) ZnO-NP tanpa SA diproduksi sebanyak enam kali,
Berdasarkan hasil optimasi dan konfirmasi, formulasi mengandung 1%
rata-rata data untuk aktivitas antibakteri terhadap S. aureus berada di luar interval yang diharapkan,
3.1.4. Konfirmasi Formula Optimal
dalam sel, yaitu, mereka tidak akan berbahaya bagi manusia.
nilai sebenarnya lebih besar dari tinggi PI 95%, sehingga tujuan penelitian tercapai.
ZnO-NP dengan kitosan 1% berat tanpa penambahan SA dianggap optimal.
10 dari 15 Materi 2023, 16, 926
sebagai film/pelapis aktif. Pengamatan ini sesuai dengan Gambar 2 pada penggunaan tersebut
Gambar 3. Morfologi permukaan SEM: (A) film kontrol kitosan; (B) film nanokomposit biohibrid Gambar 3. SEM Morfologi permukaan: (A) film kontrol kitosan; (B) nanokomposit biohibrid terbuat dari kitosan+1%ZnO-NP tanpa SA; (C) film nanokomposit biohibrid yang terbuat dari
film chi yang terbuat dari kitosan+1%ZnO-NP tanpa SA; (C) film nanokomposit biohibrid terbuat dari
Nilai ini tidak diharapkan karena lebih menguntungkan bagi pertumbuhan mikroba.
1.16 6
1.21
30.39
50.8 TS
Tanggapan
61.1
1.03
1.14
tosan+1%ZnO-NP dengan 5%SA.
kitosan+1%ZnO-NP dengan 5%SA.
1.28 1.32
6
Nilai 95% PI Rendah
6
1.18
56.6 65.6
1.27 B.cereus
PI 95% Tinggi
51.9
1.1
63.6 Rata-rata Data 6
1.25
%EB
29.39
1.13 45.2 Jumlah
WVTR
6
28.1
58.5
1.29 S. aereus
E. coli
6
Ramalan
30.67 Replikasi
6
aw nilainya, semakin sulit bagi mikroba untuk tumbuh di atasnya. Data pengukuran aw adalah Materi 2023, 16, 926
asam stearat ditambahkan ke matriks kitosan+1% ZnO-NPs (Gambar 3C). Gambar 3C ditambahkan ke matriks kitosan+1% ZnO-NPs (Gambar 3C). Gambar 3C menampilkan permukaan kasar,
disajikan pada Gambar 4 yang menunjukkan tren penurunan nilai aw dengan penambahan disajikan pada Gambar 4 yang menunjukkan tren penurunan nilai aw dengan penambahan
film nanokomposit. Gambar 3A menggambarkan film kontrol (kitosan saja), sedangkan Gambar 3B,C tanpa SA 5%, masing-masing. Kedua Gambar 3A,B menampilkan permukaan datar. Pada Gambar 3B,
SA 5%, masing-masing. Kedua Gambar 3A,B menampilkan permukaan datar. Pada Gambar 3B, homogen
lebih heterogen, yang menjelaskan penurunan efek pada beberapa respon, kecuali menjelaskan penurunan efek pada beberapa respon, kecuali pada WVTR.
1.25
Berdasarkan hasil optimasi dan konfirmasi, formulasi mengandung 1%
(w/w) ZnO-NP memiliki efek menguntungkan yang berkurang. Selanjutnya Jayasuriya dkk. [13] menunjukkan bahwa film komposit yang mengandung 1% ZnO-NP (30 nm) tidak akan menginduksi kota sitotoksin dalam sel, sehingga tidak berbahaya bagi manusia.
3B,C memamerkan film nanokomposit biohibrid yang terbentuk dari kitosan+ZnO-NP dengan dan memamerkan film nanokomposit biohibrid yang terbentuk dari kitosan+ZnO-NP dengan dan tanpa
retakan mikro. Penambahan SA membuat permukaan kitosan+ZnO-NPs menjadi lebih kasar dan SA membuat permukaan kitosan+ZnO-NPs menjadi lebih kasar dan heterogen, sehingga menyebabkan permukaan kitosan+ZnO-NPs menjadi lebih kasar.
50.8 Tanggapan
28.1
51.9
6 1.28
film/pelapis aktif. Pengamatan ini konsisten dengan Gambar 2 yang memanfaatkan 3%
Pengukuran aktivitas air (aw) bertujuan untuk mengukur kemudahan masuknya mikroba, Pengukuran aktivitas air (aw) bertujuan untuk mengukur kemudahan masuknya mikroba,
tinggi 30,67
semakin tinggi nilai aw maka semakin sulit mikroba untuk tumbuh di atasnya. Pengukuran data aw
Hal ini menunjukkan bahwa kitosan dan ZnO-NP berhasil difabrikasi menjadi biohi kitosan aktif dan ZnO-NP berhasil difabrikasi menjadi nanokomposit biohibrid aktif.
ulangan 30,39
B.cereus
1.03
65.6 11 dari 15
struktur homogen dengan munculnya ZnO-NP sebagai bintik putih kecil dapat diamati. Struktur dengan munculnya ZnO-NP sebagai bintik putih kecil dapat diamati. ZnO-NP
pada WVTR.
%EB
E.coli 6 1.18
45.2
1.32
Replikasi (b/
b) ZnO-NP tanpa penambahan SA harus menjadi formulasi optimal untuk digunakan sebagai 1.27 WVTR
56.6 63.6
S. aereus 6 1.16 Tabel 6. Hasil konfirmasi: nilai 1.29 aktual vs nilai prediksi.
memainkan permukaan yang kasar, dan kemungkinan besar terdapat struktur film nanokomposit dan besar kemungkinan struktur film nanokomposit mengandung retakan mikro. Tambahan
menggunakan gelatin sebagai matriks biopolimer. Namun, bentuk yang tidak rata diamati ketika matriks biopolimer 5%. Namun, bentuk yang tidak rata diamati ketika asam stearat 5%.
PI 95% rendah
1.21
3.3. Aktivitas Air 3.3.
Aktivitas air
61.1 6
3.2. Morfologi Film Diamati dengan SEM 3.2.
Morfologi Film Diamati dengan SEM 6
Nilai 29.39
58.5
melayani. Ukuran ZnO-NP kurang dari 100 nm, diukur menggunakan skala SEM. Ukuran observa ini kurang dari 100 nm, diukur menggunakan skala SEM. Pengamatan ini menunjukkan hal itu
seperti bakteri, ragi, atau jamur, tumbuh pada film nanokomposit biohibrid ini. Yang lebih rendah seperti bakteri, ragi, atau jamur, tumbuh pada film nanokomposit biohibrid ini. Semakin rendah
tion ZnO-NPs: semakin tinggi kandungan ZnO-NPs, semakin rendah nilai awnya . Kebalikan dari ZnO-NPs: semakin tinggi kandungan ZnO-NPs, semakin rendah nilai awnya . Efek sebaliknya TS
ulangan 6
1.1 1.13
1.14
meningkatkan nilai aktivitas air. Untuk keperluan pengawetan pangan, semakin tinggi aw Gambar 3 menunjukkan morfologi permukaan film kitosan dan film nanokomposit
kitosan – ZnO-NPs. Gambar 3A menggambarkan film kontrol (kitosan saja), sedangkan Gambar Gambar 3 menunjukkan morfologi permukaan film kitosan dan kitosan – ZnO-NPs
film nanokomposit pengantin. Hasil serupa dilaporkan oleh Shahvalizadeh dkk. [27] film itu. Hasil serupa dilaporkan oleh Shahvalizadeh dkk. [27] yang menggunakan gelatin sebagai
diperoleh dengan menggunakan SA: keberadaan SA dalam film kitosan dan kitosan+ZnO-NPs
Materi 2023, 16, 926 12 dari 15
digambarkan pada Gambar 5. Semua komposisi menunjukkan puncak endotermik dengan
rentang suhu yang luas antara 150 dan 170 ÿC, yang mungkin berhubungan dengan peleburan kitosan Gambar 4. Aktivitas air film nanokomposit biohibrid (batang kesalahan mewakili deviasi standar
struktur molekul kitosan yang kaku, yang menyebabkan langkah dasar Tg menjadi berlebihan Qiao dkk. [29] dan Carvalho dkk. [30] juga melaporkan pengamatan yang sama. Penambahan SA
menyebabkan puncak endotermik yang lebih besar pada suhu 100 ÿC, menunjukkan lebih banyak penguapan air dari
luas. Cervera dkk. [35] mengamati bahwa banyak fitur, termasuk kristalinitas, jumlah
titik. Untuk film kitosan murni dan film yang mengandung 5% SA, terdapat puncak endother sederhana pada sekitar 100 ÿC yang mungkin disebabkan oleh penguapan air dari film. Qiao
air, derajat deasetilasi, dan gugus OH atau amina dalam rantai makromolekul,
Gambar 4. Aktivitas air film nanokomposit biohibrid (batang kesalahan mewakili standar deviasi dan batang dengan huruf berbeda berbeda nyata berdasarkan uji jarak berganda Duncan dan batang dengan huruf berbeda berbeda nyata berdasarkan uji jarak berganda Duncan dengan
dengan ÿ = 0,05). = 0,05 ).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan ZnO-NPs menurunkan nilai aktivitas air,
sedangkan penggunaan SA memberikan efek sebaliknya yaitu meningkatkan aw. Film yang mengandung
3.4. Sifat Termal
dapat mempengaruhi tampilan transisi kaca kitosan.
menunjukkan puncak endotermik pada sekitar 70 °C, yang disebabkan oleh suhu leleh SA
[31,32].Pada Gambar 5 terlihat penggabungan ZnO-NP
tidak terdeteksi, yang sesuai dengan Akalin dkk. [34]. Hal ini mungkin disebabkan oleh
ya. Karena efisiensinya dalam mengungkap karakteristik termal kitosan, pendekatan Erol dkk.
[28] diterapkan. Termogram DSC dari film nanokomposit biohibrid
puncak mikrofon pada suhu sekitar 100 °C yang mungkin disebabkan oleh penguapan air dari film. dkk. [29] dan Carvalho dkk. [30] juga melaporkan pengamatan yang sama. Tambahan dari
matriks film. Dalam kasus film yang terbentuk dari kitosan + 1% ZnO-NP tanpa SA, puncak endotermik pada 100 ÿC tidak terdeteksi, yang menunjukkan adanya penguapan air. Puncak endotermik ZnO pada suhu 100 °C tidak terdeteksi, menunjukkan adanya penguapan air. ZnO- NPs NP dapat mengikat air untuk menghasilkan Zn(OH)2, sehingga air tidak mudah menguap.
dari Erol dkk. [28] diterapkan. Termogram DSC film nanokomposit biohibrid digambarkan pada Gambar 5. Semua komposisi menunjukkan puncak endotermik dengan lebar
Dong dkk. [33] melaporkan bahwa suhu transisi gelas (Tg) kitosan adalah meningkatkan nilai entalpi, menunjukkan peningkatan kristalinitas film.
suhu berkisar antara 150 dan 170 °C, yang mungkin sesuai dengan titik leleh kitosan . Untuk film kitosan murni dan film yang mengandung SA 5%, terdapat endotermik sederhana
penggunaan SA mempunyai efek sebaliknya dan meningkatkan aw. Film yang mengandung 5%SA 5%SA menunjukkan puncak endotermik pada sekitar 70 ÿC, yang disebabkan oleh SA
SA menyebabkan puncak endotermik yang lebih besar pada 100 °C, menunjukkan lebih banyak
penguapan air dari matriks film. Dalam kasus film yang terbentuk dari kitosan + 1% ZnO-NP tanpa SA, maka 3.4. Sifat Termal
Karakteristik termal film yang dihasilkan ditentukan dengan menggunakan analisis DSC.
suhu [31,32]. Pada Gambar 5, terlihat bahwa penggabungan ZnO-NP meningkatkan titik leleh awal dan puncak film kitosan, sedangkan penambahan
Karakteristik termal dari film yang dihasilkan ditentukan dengan menggunakan DSC anal. Karena efisiensinya dalam mengungkap karakteristik termal kitosan, pendekatan
meningkatkan titik leleh awal dan puncak film kitosan, sedangkan penambahan SA menurunkan nilai tersebut. Mengenai entalpi, penambahan ZnO-NPs dan SA mungkin terjadi
dapat mengikat air untuk menghasilkan Zn(OH)2, mencegah air mudah menguap. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan ZnO-NP menurunkan nilai aktivitas air,
SA menurunkan nilai-nilai tersebut. Dari segi entalpi, penambahan ZnO-NPs dan SA dapat meningkatkan nilai entalpi yang menunjukkan adanya peningkatan kristalinitas film.
Film NP meningkatkan nilai aktivitas air. Untuk tujuan pengawetan pangan, nilai aw yang lebih tinggi tidak diharapkan karena lebih menguntungkan bagi pertumbuhan mikroba.
ditentukan oleh DSC antara 140 dan 150 ÿC. Dalam penelitian ini, Tg kitosan
3.5. Analisis FTIR
Dong dkk. [33] melaporkan bahwa suhu transisi gelas (Tg) kitosan adalah 3,5. Analisis FTIR
menguji spektrum FTIR kitosan dan kitosan dengan 1% ZnONP yang diproses secara luas. Cervera dkk. [35] mengamati banyak fitur, termasuk kristalinitas, jumlah spektrum FTIR kitosan dan kitosan
dengan ZnONP 1% yang diproses dalam penelitian ini.
Dong dkk. [33] melaporkan bahwa suhu transisi gelas (Tg) kitosan ditentukan oleh DSC antara 140 dan 150 °C. Dalam penelitian ini, Tg kitosan tidak terdeteksi, hal ini sesuai dengan Akalin dkk. [34].
Hal ini mungkin disebabkan oleh struktur molekul kitosan yang kaku, yang menyebabkan tingkat dasar Tg menjadi terlalu luas. Cervera dkk. [35] mengamati bahwa banyak fitur, termasuk kristalinitas, jumlah air, derajat deasetilasi, dan gugus OH atau amina dalam rantai makromole. Gambar 5. Termogram DSC film biohibrid-nanokomposit: (A) hanya kitosan; (B) kitosan + cule, dapat mempengaruhi penampakan
transisi gelas kitosan.
3.5. Analisis FTIR
Analisis FTIR dilakukan untuk mengetahui apakah ZnO-NP berhasil terdispersi dalam matriks kitosan. Menggunakan spektroskopi IR, Shuai dkk. [36] menganalisis ikatan hidrogen dan interaksi lainnya serta kemampuan bercampur campuran polimer. Gambar 6 mengilustrasikan spektrum FTIR kitosan dan kitosan dengan ZnONP 1% yang diolah pada penelitian ini.
Analisis FTIR dilakukan untuk menentukan apakah ZnO-NP berhasil ditentukan oleh DSC pada suhu antara 140 dan 150 °C. Dalam penelitian ini, analisis Tg FTIR kitosan dilakukan untuk menentukan
apakah ZnO-NP berhasil
belajar.
air, derajat deasetilasi, dan gugus OH atau amina pada rantai makromolekul, dapat mempengaruhi terjadinya transisi gelas kitosan.
interaksi spesifik melalui ikatan hidrogen dapat terjadi antara kitosan dan ZnO-NP.
Abdelhady [37] mencapai hasil FTIR yang sebanding.
Gambar 5. Termogram DSC film biohibrid-nanokomposit: (A) hanya kitosan; (B) kitosan + 5%SA; (C) kitosan + 1%
ZnO-NP; (D) kitosan + 1%ZnO-NP+5%SA.
Gambar 6. Gambar 6. Spektrum FTIR kitosan dan kitosan + 1% ZnO-NP.
Gambar 6. Spektrum FTIR kitosan dan kitosan + 1% ZnO-NP.
5%SA; (C) kitosan + 1% ZnO-NP; (D) kitosan + 1%ZnO-NP+5%SA.
Gambar
6membandingkan FTIR film kitosan-ZnO-NPs dengan film kitosan.
ZnO-NP berhasil dimasukkan ke dalam matriks polimer kitosan dan a
ikatan gen dan interaksi lainnya serta ketercampuran campuran polimer. Gambar 6 menggambarkan struktur molekul kitosan yang kaku, yang menyebabkan tahap dasar Tgmenjadi ikatan berlebihan dan interaksi lainnya serta pencampuran campuran polimer. Gambar 6 menggambarkan Materi 2023, 16, x UNTUK PEER REVIEW
Gambar 5. Termogram DSC film biohibrid-nanokomposit: (A) hanya kitosan; (B) kitosan + 5%SA;
(C) kitosan + 1% ZnO-NP; (D) kitosan + 1%ZnO-NP+5%SA.
Spektrum FTIR kitosan dan kitosan + 1% ZnO-NP.
menunjukkan adanya gugus amino dan Zn-O. Hasil ini menunjukkan hal itu
Materi 2023, 16, 926 15 13 dari 1613 dari
Dalam spektrum film kitosan+ZnO-NPs, dua puncak tambahan muncul pada 659 cmÿ1 dan 465 cmÿ1
,
terdispersi dalam matriks kitosan. Menggunakan spektroskopi IR, Shuai dkk. [36] hidro yang dianalisis tidak terdeteksi, yang sesuai dengan Akalin dkk. [34]. Hal ini mungkin disebabkan karena
terdispersinya dalam matriks kitosan. Menggunakan spektroskopi IR, Shuai dkk. [36] menganalisis hidrogen