Riassunto analitico
Il presente lavoro di tesi ha avuto come obiettivo la valutazione delle proprietà antimicrobiche attribuibili a materiali trattati attraverso coating specifici costituiti da nanomateriali nei confronti di batteri patogeni di grande rilevanza per l’industria alimentare. Si definisce nanomateriale un materiale avente dimensioni comprese tra 1 e 100 nm. Attualmente, i nanomateriali trovano largo impiego in diversi ambiti: medico e sanitario, tessile, chimico, cosmetico, alimentare, ma anche nella pulizia e disinfezione di aria e acque.
L’analisi ha preso in considerazione due tipologie di lastrine, costituite rispettivamente da due diverse tipologie di materiale-base: polipropilene e alluminio. Per ognuno dei materiali, sono stati eseguiti due possibili trattamenti: una prima serie di lastrine è stata rivestita da nanoparticelle di biossido di titanio; la seconda serie da nanoparticelle di argento metallico disperso in una matrice ibrida a base di ossidi di silicio ed alluminio. Una terza serie di lastrine è stata lasciata priva di rivestimento, a titolo di controllo.
È stata valutata la capacità delle diverse tipologie di lastrine di inibire lo sviluppo di patogeni specifici, in funzione di materiale-base, rivestimento e condizioni ambientali, tra cui l’esposizione luminosa a specifiche lunghezze d’onda. Allo scopo, le analisi sono state svolte in doppio: in condizioni di luce bianca e di luce UV-A e UV-B. È infatti noto come l’attivazione di specifici nanomateriali possa essere ricondotta all’interazione dei materiali stessi con specifici range dello spettro elettromagnetico (Ravishankar Rai e Jamuna Bai, 2011 ; Zheng et al., 2018 ). Sono stati presi in considerazione i seguenti patogeni: Campylobacter jejuni, Salmonella typhimurium, Listeria monocytogenes, Escherichia coli e Pseudomonas fluorescens.
L’analisi dei risultati consente di affermare come, in linea generale, le lastrine in alluminio presentino una maggiore efficacia nel contrastare lo sviluppo microbico se confrontato alle lastrine in polipropilene, seppure in generale l’attività risulti abbastanza modesta. Nello specifico, in condizioni di irraggiamento attraverso luce bianca, le lastrine in alluminio rivestite con argento mostrano maggiori capacità di inibire lo sviluppo microbico rispetto al trattato con biossido di titanio e al controllo, anche se con risultati variabili in funzione del tipo di patogeno. Condizioni di irraggiamento con luce UV-A e UV-B, invece, sono state testate solo su due patogeni, i quali hanno mostrato risultati non rilevanti e variabili all’interno delle stesse repliche.
Il presente lavoro costituisce un solido punto di partenza finalizzato alla potenziale applicazione di questi materiali in qualità di rivestimenti interni per frigoriferi e celle frigo. Sono state però messe in luce anche diverse criticità, tra le quali risultati intra-replica non sempre omogenei e poco ripetibili nel tempo. Alla luce della standardizzazione operata sul metodo di inoculo e analisi, nonché sulle condizioni di esposizione alla radiazione luminosa, è possibile ipotizzare come la non ripetibilità dei risultati possa essere ricondotta in parte alla non omogeneità di trattamento delle lastrine e in generale alla capacità di alcuni patogeni di resistere all’azione dei rivestimenti stessi, anche se in misura variabile in funzione delle condizioni ambientali.
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Abstract
This research aimed to evaluate the antimicrobial property of materials treated with coatings composed by nanomaterials against specific pathogenic bacteria greatly important for the food industry. Nanomaterial is defined as a material with dimensions between 1 and 100 nm. Currently, nanomaterials are widely used in various fields: medical and health, textiles, chemicals, cosmetics, food, but also in the cleaning and disinfection of air and water.
The analysis took into consideration two types of plates, consisting respectively of two different types of base material: polypropylene and aluminum. For each material, two possible treatments were performed. A first series of plates was covered with titanium dioxide nanoparticles. A second series of plates was treated with silver nanoparticles dispersed in a hybrid matrix based on silicon and aluminum oxides. A third series of plates were left without any coating, as a reference sample.
The capacity of different types of plates to inhibit the development of specific pathogens was evaluated. Both material-base, type of coating and environmental conditions such as the exposure to light at specific wavelengths and their effect on antimicrobial efficiency were taken into account. For this purpose, the analysis was carried out in two different environmental conditions, with white light exposition and UV-A and B exposition. In fact, it is known that the activation of specific nanomaterials can be enhanced by the interaction of the materials themselves with specific ranges of the electromagnetic spectrum (Ravishankar Rai and Jamuna Bai, 2011 ; Zheng et al., 2018 ). The following pathogens were considered: Campylobacter jejuni, Salmonella typhimurium, Listeria monocytogenes, Escherichia coli and Pseudomonas fluorescens.
The analysis of the results allowed to affirm that the aluminum plates exhibit a greater efficacy to reduce the microbial development if compared to polypropylene plates. However, their activity was quite modest. If irradiated with white light, the silver-coated aluminum plates showed a greater capacity to inhibit the microbial growth than the ones treated with titanium dioxide and control. Furthermore, there were variable results depending on the type of pathogen. Irradiation conditions with UV-A and UV-B light, on the other hand, were tested only on two pathogens, which showed irrelevant and variable results within the same replicates.
This work constitutes an important initial step of research in view of the potential application of these materials as internal coatings for refrigerators and cold rooms. However, several critical issues were also highlighted, including intra-replication results, which were not always homogeneous. For example, the non-repeatability of the results could be partially due to a non-homogeneous treatment of the plates and generally to the capacity of some pathogens to resist to the action of the coatings, whose effects strictly depend on the environmental conditions.
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