سنتز، مشخصه یابی ساختاری و ارزیابی فعالیت ضدباکتریایی نانوامولسیون اسانس زعفران (Crocus sativus L.) بر پاتوژن های شاخص غذایی

مقاومت میکروبی به آنتی‌بیوتیک‌ها و تقاضا برای نگهدارنده‌های طبیعی، استفاده از فناوری نانو را در صنایع غذایی ضروری ساخته است. پژوهش حاضر با هدف استخراج اسانس زعفران (Crocus sativus L.)، کپسوله‌کردن آن در ساختار نانوامولسیون، تعیین ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی آن و بررسی مکانیسم ضدمیکروبی آن علیه پاتوژن گرم‌منفی Escherichia coli انجام شد. استخراج ترکیبات فعال با استفاده از امواج فراصوت انجام شد و پروفایل ترکیبات فرار اسانس با کروماتوگرافی گازی-طیف‌سنجی جرمی ارزیابی گردید. ارزیابی‌های ساختاری و ریخت‌شناسی نانوامولسیون‌ها در غلظت‌های مختلف (۲، ۳ و ۵ درصد) با استفاده از پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی عبوری انجام شد. نتایج آنالیز GC-MS تأیید کرد که حداقل ۲۵ ترکیب وجود دارد که در میان آن‌ها اوکتیل استات، جرانیال و نرال اجزای غالب بودند. بررسی الگوهای XRD ماهیت کاملاً آمورف (غیربلوری) نانوامولسیون‌ها را اثبات کرد که نشان‌دهنده کپسوله‌سازی موفق و حلالیت بالای سیستم بود. تصاویر TEM به‌وضوح نشان دادند که قرار گرفتن E. coli در معرض غلظت‌های بالای نانوامولسیون (۵٪) منجر به تغییرات ریخت‌شناسی شدید، برجستگی/وزیکولاسیون غشا، نشت محتویات سیتوپلاسمی و بروز رشته‌شدگی شد. نتایج آزمون انتشار دیسکی نیز این یافته‌ها را تأیید کرد، به‌گونه‌ای که نانوامولسیون در غلظت ۵٪ با ایجاد هاله عدم رشد ۱۱±۱ میلی‌متر بیشترین فعالیت بازدارندگی را نشان داد. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که نانوامولسیون اسانس زعفران پتانسیل قابل‌توجهی برای استفاده به‌عنوان نگهدارنده‌ای طبیعی، سبز و مؤثر در سیستم‌های بسته‌بندی فعال و صنایع غذایی دارد.

Microbial resistance to antibiotics and demand for natural preservatives have made the use of nanotechnology necessary in the food industry. This study aimed to extract saffron essential oil (Crocus sativus L.), encapsulate it in a nanoemulsion structure, determine its physicochemical characteristics, and investigate its antimicrobial mechanism against the Gram-negative pathogen Escherichia coli. Extraction of active compounds was done using ultrasound waves, and the volatile compound profile of the essential oil was evaluated by gas chromatography-mass spectrometry. Structural and morphological evaluations of nanoemulsions at different concentrations (2, 3, and 5%) were performed using X-ray diffraction and transmission electron microscopy. GC-MS analysis confirmed the presence of at least 25 compounds, among which octyl acetate, geranial, and neral were dominant. XRD patterns proved the completely amorphous (non-crystalline) nature of nanoemulsions, indicating successful encapsulation and high solubility of the system. TEM images clearly showed that exposure of E. coli to high concentrations of nanoemulsion (5%) led to severe morphological changes, membrane protrusion/vesiculation, leakage of cytoplasmic contents, and filamentation. Disk diffusion test results also confirmed these findings, as nanoemulsion at 5% concentration showed the highest inhibitory activity with an inhibition zone of 11±1 mm. Results of this study show that saffron essential oil nanoemulsion has considerable potential for use as a natural, green, and effective preservative in active packaging systems and the food industry.