فعالیت‌های ضد میکروبی و ضد آفلاتوکسین نانوامولسیون‌های مبتنی بر عصاره گل زعفران و گل بومادران به‌عنوان عوامل حفاظتی غذایی سبز

اگرچه مکانیسم عملکرد نانوامولسیون‌ها هنوز به طور کامل روشن نیست، استفاده مدرن از نانوامولسیون‌های ساخته شده از عصاره‌های طبیعی به عنوان عوامل ضد میکروب و ضد آفلاتوکسین پتانسیل قابل توجهی در حفظ ایمنی و نگهداری مواد غذایی دارد. در مطالعه حاضر، دو نانوامولسیون طبیعی از گل زعفران (Crocus sativus) و گل قاصدک (Achillea millefolium) با استفاده از روش کم‌انرژی و با حضور کاربوکسی‌متیل سلولز و صمغ عربی تهیه شدند. نانوامولسیون‌های سنتز شده با روش‌های تحلیلی مختلف کاملاً شناسایی شدند. ترکیبات فرار با استفاده از تحلیل GC-MS مشخص شدند.

پتانسیل آنتی‌اکسیدانی و محتوای ترکیبات فنولی استخراج‌ها مورد تحلیل قرار گرفت. نانوامولسیون‌ها همچنین از نظر فعالیت ضد میکروبی و ضد آفلاتوکسین ارزیابی شدند. اندازه قطر قطرات نانوامولسیون گل زعفران ریزتر (۱۲۱.۶۴ ± ۲.۱۸ نانومتر) نسبت به نانوامولسیون گل قاصدک (۱۵۱.۲۱ ± ۱.۱۲ نانومتر) بود. اندازه پتانسیل ζ گل قاصدک (-۱۶.۳۱ ± ۲.۵۴ میلی‌ولت) و گل زعفران (-۱۸.۵۵ ± ۲.۳۱ میلی‌ولت) هر دو پایداری بالایی همراه با مقادیر کم شاخص پراکندگی (PDI بین ۰.۳۴ تا ۰.۴۱) را نشان دادند. نانوامولسیون گل قاصدک ۵۱ ترکیب را به کمک کروماتوگرافی گازی-طیف‌سنجی جرمی شناسایی کرد که مقادیر غالب شامل هگزانال (۱۶.۲۵٪)، β-پینن (۷.۴۱٪)، β-مایرسن (۵.۲۴٪)، دی-لیمونن (۵.۵۸٪) و کاریوفیلن (۴.۳۸٪) بودند. همچنین در نانوامولسیون زعفران ۳۱ ترکیب شناسایی شد که دی-لیمونن (۴.۸۹٪)، ایزوفورون (۱۲.۲۹٪)، ۴-اکسی ایزوفورون (۸.۱۹٪) و سافرانال (۴۴.۸۴٪) فراوان‌ترین بودند. نسبت به نانوامولسیون قاصدک، نانوامولسیون زعفران فعالیت ضد باکتری و ضد قارچی بهتری داشت.

نانوامولسیون زعفران رشد کل قارچ‌ها را در محیط مایع شبیه‌سازی شده بین ۶۹.۶۴ تا ۷۱.۹۰٪ مهار کرد و بیشترین کاهش تولید آفلاتوکسین را نشان داد. میوه‌های توت فرنگی آلوده که با نانوامولسیون‌های عصاره‌های گل زعفران و گل قاصدک پوشش داده شدند، فعالیت ضد میکروبی بالایی داشتند و رشد قارچ آسپرژیلس را مهار و کنترل کردند. به دلیل این مهار، مرحله تأخیر رشد قابل توجهی افزایش و بار سلولی کاهش یافت و زمان پایداری افزایش پیدا کرد. این مطالعه به گسترش تحقیقات نظری و کاربرد نانوامولسیون‌ها به عنوان عوامل محافظ سبز در صنایع کشاورزی و غذایی کمک خواهد کرد تا محافظتی موثر در برابر هجوم برخی باکتری‌ها و قارچ‌های بیماری‌زا فراهم آورد.

Although the mechanism of action of nanoemulsion is still unclear, the modern use of nanoemulsions made from natural extracts as antimicrobial and anti-aflatoxigenic agents represents a potential food preservation and a safety target. Two natural nanoemulsion extracts of Crocus sativus (the saffron flower) and Achillea millefolium (the yarrow flower) were produced in the current study using a low-energy method that included carboxymethylcellulose and Arabic gum.

The synthesized nanoemulsion was fully identified by different analytical methods. Detection of the volatile content was completed using GC-MS analysis. The antioxidant potential, and phenolic compounds content were analyzed in the extractions. The synthesized nanoemulsions were screened for their antimicrobial potential in addition to their anti-aflatoxigenic activity. Results The droplet size of Saffron flowers was finer (121.64 ± 2.18 nm) than yarrow flowers (151.21 ± 1.12 nm). The Zeta potential measurements of the yarrow flower (-16.31 ± 2.54 mV) and the saffron flower (-18.55 ± 2.31 mV) both showed high stability, along with low PDI values (0.34–0.41). The nanoemulsion of yarrow flower revealed 51 compounds using gas chromatography-mass spectrometry (GCMS), with hexanal (16.25%), β-Pinene (7.41%), β-Myrcene (5.24%), D-Limonene (5.58%) and Caryophyllene (4.38%) being the most prevalent. Additionally, 31 compounds were detected in the saffron nanoemulsion, with D-limonene (4.89%), isophorone (12.29%), 4-oxy isophorone (8.19%), and safranal (44.84%) being the most abundant.

Compared to the nanoemulsion of the yarrow flower, the saffron nanoemulsion had good antibacterial and antifungal activity. Saffron nanoemulsion inhibited total fungal growth by 69.64–71.90% in a simulated liquid medium and demonstrated the most significant decrease in aflatoxin production. Infected strawberry fruits coated with nanoemulsion extracts exhibited high antimicrobial activity in the form of saffron flower and yarrow flower extract nanoemulsions, which inhibited and/or controlled the growth of Aspergillus fungi. Due to this inhibition, the lag phase was noticeably prolonged, the cell load decreased, and the stability time increased. This study will contribute to expanding the theoretical research and utilization of nanoemulsions as green protective agents in agricultural and food industries for a promising protection from the invasion of some pathogenic bacteria and fungi.