The Study of Antimicrobial Effect of Silver Nanoparticles Biosynthesized by the Leaf Aqueous Extract of Kelussia odoratissima Mozaff. against Some Pathogenic Microbes with Food Sources

Subject Areas : Microbiology

O. Azizian Shermeh ¹ , M. Taherizadeh ² , M. Valizadeh ³ , A. Ghasemi ⁴ , M. Beigomi ⁵ , A. Kamali Deljoo ⁶

1 - M. Sc. Graduated of Phytochemistry, Young Researchers and Elite Club, Zahedan Branch, Islamic Azad University, Zahedan, Iran.
2 - Ph. D. Student of the Department of Analytical Chemistry, Kermen Branch, Islamic Azad University, Kermen, Iran.
3 - Assistant Professor of the Department of Medicinal Plants, Faculty of Agriculture, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran.
4 - Lecturer of the Department of Biology, Faculty of Science, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran.
5 - Ph.D. of Food Hygiene, Food and Drug Deputy, Zahedan University of Medical Sciences, Zahedan, Iran.
6 - M. Sc. Graduated of Agronomy and Plant Breeding, Young Researchers and Elite Club, Zahedan Branch, Islamic Azad University, Zahedan, Iran.

Received: 2018-11-21 Accepted : 2018-11-21 Published : 2018-12-22

Keywords: Antimicrobial Activity, Biosynthesis, Food Industry, Kelussia Odoratissima Mozaff, Silver Nanoparticles,

Abstract :

Introduction: Growth of food pathogenic microorganism is one the major obstacles in the foodindustry. Nano technology has a broad application in all parts of food industry. The developmentof bacterial resistance to antibiotics and antimicrobial effect of silver nanoparticles, has caused theattention of researches to this subject. In this study, biosynthesis of silver nanoparticles and theeffective parameters concerned and the antimicrobial effect of them against some food pathogensfor use in antimicrobial packaging has been discussed.Materials and Methods: Silver nanoparticles were synthesized by the leaf aqueous extract ofKelussia odoratissima Mozaff. In order to achieve Silver nanoparticles with a uniform shape andminimum size, effective parameters on synthesis such as: pH of reaction, extract volume,concentration of Ag+ and reaction time, were studied and optimized by UV-Visspectrophotometry. After characterization of nanoparticles using TEM and XRD techniques, theirantimicrobial activities were investigated against Staphylococcus aureus, Bacillus cereus,Escherichia coli, Salmonella tifimurium,Listeria monocytogenes 4b, Aspergilus Flavus,Penicillium expansum, Clavicpes purpurea by Agar Well Diffusion and MIC, methods.Results: Silver nanoparticles that had been biosynthesized with the approximate size of 20-25nm,had high antimicrobial activity against all of microorganisms and this activity was dependent onthe concentration of silver nanoparticles, therefore in very low concentrations, they prevented thegrowth of microorganisms.Conclusion: Biosynthesis of silver nanoparticles, made nanoparticles with minimum size andbetter performance. Currently these nanoparticles can be use in food industry as food disinfectantfilters, food coatings and packaging and cleaning the food pruduction lines.

References:

ابراهیمی، ا.، خیامی، م. و نجاتی، و. (1390). مقایسه اثر ضد میکروبی اجزای مختلف بلوط ایرانی بر علیه باکتری اشرشیاکلی. فصلنامه افق دانش، جلد 17، شماره 4، صفحات 17-11.

ابراهیمی اصل، س. و زارعی، ا. (1394). سنتز و شناسایی نانو زیست کامپوزیت ضد میکروبی نقره /کیتوسان به روش شیمیایی برای استفاده در بسته‌بندی مواد غذایی. مجله میکروب شناسی مواد غذایی، دوره 2، شماره 2، صفحات 31-21.

اسدی اسد آبادی، م.، خسروی دارانی، ک.، مرتضوی، ع.، حاج سید جوادی، ن.، آزاد نیا، ا.،  کیانی هرچگانی، ا. و احمدی، ن. (1392). اثر ضدمیکروبی نانوذرات نقره تولید شده به روش احیای شیمیایی بر استافیلوکوکوس اورئوس و اشرشیا کلی. فصلنامه علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران، جلد 8، شماره 4، صفحات  92-83.

اسماعیل زاده، ح.، خاکسار، ر.، سنگ پور، پ.، خانلرخانی، ع. و کریمی، ن. (1391). نسل جدید بسته بندی فعال مواد غذایی بر پایه­ی نانوذرات: مرورب بر سازوکار و خواص ضدمیکروبی نانوذرات نقره. فصلنامه علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران، جلد 7، شماره 5، صفحات 844-837.

پیرو موسوی، س. ف.، حیدری نسب، ا.، هاشمی پور رفسنجانی، ح. و رجبعلی پور چشمه گز، ع. ا. (1392). بررسی اثر فیلم‌های حاوی نانو ذرات نقره بر زمان ماندگاری رطب مضافتی. مجله علوم غذایی و تغذیه، جلد 10، شماره 4، صفحات 72-65.

تدین، ر.، میرزایی، س.، رحیمی، م. و سالاری، ح. (1395). بررسی تاثیر نانو ذرات نقره بر ماندگاری میوه پرتقال Citrus Sinensis. مجله پژوهش‌های گیاهی، دوره 29، شماره 2، صفحات 327-319.

چلبیان، ف.، نوروزی، ح. و موسوی، س. س. (1382). بررسی اثرات ضدمیکروبی اسانس هفت گونه گیاهی از تیره‌های مختلف بر روی برخی از باکتری‌های بیماری­زا. فصلنامه گیاهان دارویی، جلد 3، شماره 7، صفحات 42-37.

رضازاد باری، ل.، رضازاد باری، م.، قاسم نژاد، م. و علیزاده خالد آباد، م. (1393). اثر نانوذرات تیتانیوم دی اکسید در ویژگی های انبار مانی و کنترل پوسیدگی پس از برداشت سه رقم انگور تازه خوری (سفید بی دانه، قزل اوزوم و ریش بابا). نشریه پژوهش های صنایع غذایی، جلد 24، شماره 3، صفحات 324-315.

رضایی، پ. و کرمانشاهی، ر. ک. (1394). بررسی تاثیر خواص ضدمیکروبی نانوذرات نقره، تیتانیوم دی اکسید بر دو گونه باکتری بیماری زا با منشا غذایی. مجله زیست فناوری دانشگاه تربیت مدرس، دوره 6، شماره 2، صفحات 10-1.

زندی ناوگران، خ. ب.، ناصری، ل. و اسمعیلی، م. (1393). تاثیر مواد بسته بندی محتوی نانوذرات نقره و سیلیکات رس بر ویژگی های کیفی پس از برداشت میوه گیلاس رقم سیاه مشهد. نشریه پژوهش های صنایع غذایی، جلد 24، شماره 1، صفحات 102-89.

ستاری نجف آبادی، م.، مینایی، س.، عزیزی، م. ح.، افشاری، ح. (1388). تاثیر بسته بندی با فیلم های نانویی بر ویژگی های ارگانولپتیکی و میکروبی نان. مجله علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران، دوره 4، شماره 4، صفحات 74-65.

سلمان پور احمدی، ح. ع.، منوچهری، ح. و صفری، ر. (1394). بررسی تاثیر نانوذره کیتوزان و عصاره آویشن شیرازی نانوکپسوله شده در فساد میکروبی فیله ماهی قزل آلای رنگین کمان (Onchorhynchus mykiss) تلقیح شده با لیستریا منوسایتوژنز (Listeria monocytogenese). نشریه شیلات (مجله منابع طبیعی ایران)، دوره 68، شماره 4، صفحات 587-577.

شکر فروش، س. ش.، رضوی روحانی، س. م.، کریم، گ.، کیانی، س. م. م.، رکنی، ن. و عباس والی، م. (1391). بررسی مطالعات انجام شده در زمیه آلودگی مواد غذایی با منشا دامی به باکتری های بیماری زا در ایران: بخش سوم: غذاهای دریایی. نشریه بهداشت مواد غذایی، دوره 2، شماره 4، صفحات 32-15.

عزیزیان شرمه، ا.، ولی زاده، ج.، نوروزی فر، م. و قاسمی، ع. (1395). بررسی فعالیت ضدمیکروبی نانوذرات نقره بیوسنتز شده با استفاده از عصاره آبی گیاه آقطی. مجله دانشگاه علوم پزشکی ایلام، دوره 24، شماره 5، صفحات 108-92.

فروغی راد، س. و خطیب زاده، م. (1394). تهیه سبز نانوذره های نقره مورد استفاده در جوهرهای رسانا به روش سونوشیمیایی. نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، دوره 34، شماره 1، صفحات 9-1.

قربانی، پ.، حمیدی علمداری، د.، نامور، ف. و یغمایی، پ. (1394). بررسی خصوصیات آنتی اکسیدانی نانو ذره نقره تولید شده از عصاره آبی میوه سماق به روش سبز. مجله دانشگاه علوم پزشکی ایلام، دوره 23، شماره 7، صفحات 189-181.

کاشانی، ه.، طباطبایی یزدی، ف.، مرتضوی، س. ع. و شهیدی، ف. (1395). بررسی مقایسه ای اثر عصاره های میوه درخت کاج و آنتی بیوتیک های انتخابی بر تعدادی از میکروارگانیسم های شاخص عفونت و مسمومیت غذایی در شرایط آزمایشگاهی. مجله علوم و صنایع غذایی ایران، دوره 13، شماره 60، صفحات 59-49.

محصلی، ط. و پورسیدی، ش. (1394). سنتزسبز و تعیین مشخصات نانوذرات نقره با استفاده از عصاره آبی بذر گیاه کنجد. نشریه زیست فناوری دانشگاه تربیت مدرس، دوره 6، شماره 1، صفحات 20-10.

Ahmadi, F., Kdivar, M. & Shahedi, M. (2007). Antioxidant activity of Kelussia odortissmia Mozaff. in model and food systems. Food Chemistry, 105(1), 57-64.

Armendariz, V., Herrera, I., Peralta-Videa, J. R. & Jose-Yacaman, M. (2004). Troiani H, Santiago P, et al. Size Controlled Gold Nanoparticle Formation by Avena Sativa Biomass: Use of Plants in Nanobiotechnology. Journal of Nanoparticle Research, 6(4), 377-385.

Aubourg, S. P., Piñeiro, C., Gallardo, J. M. & Barros-Velazquez, J. (2005). Biochemical changes and quality loss during chilled storage of farmed turbot (Psetta maxima). Food Chemistry, 90(3), 445-452.

Banerjee, S. (2006). Inhibition of mackerel (Scomber scombrus) muscle lipoxygenase by green tea polyphenols. Food Research International, 39(4), 486-491.

Bosetti, M., Masse, A., Tobin, E. & Cannas, M. (2002). Silver coated materials for external fixation devices: in vitro biocompatibility and genotoxicity. Biomaterials, 23(3), 887-892.

Cao, Y. C., Jin, R. & Mirkin, C. A. (2002). Nanoparticles with Raman spectroscopic fingerprints for DNA and RNA detection. Science, 297(5586), 1536-1540.

Chaloupka‌, K., Malam, Y. & Seifalian, A. M. (2010). Nanosilver as a new generation of nanoproduct in biomedical applications. Trends Biotechnol, 28 (11), 580-588.

Cho, K. H., Park, J. E., Osaka, T. & Park, S. G. (2005). The study of antimicrobial activity and preservative effects of nanosilver ingredient. Electrochim Acta, 51(5), 956-960.

Christian, P., Von der Kammer, F., Baalousha, M. & Hofmann, T. (2008). Nanoparticles: Structure, Properties, Preparation and Behavior in Environmental Media. Ecotoxicology, 17(5), 326-343.

Chung, N. & Chu, P. (2010). Effect of nano-packing on preservation quality of fresh strawberry (Fragaria ananassa L) during storage. Food Chemistry, 110,16248-1625.

 

 

Clara, S., Donatella, D. & Sossio, C. (2011). Food packaging based on polymer nanomaterials. Progress in Polymer Science, 36(12), 1766-1782.

Ding, C. K., Chachin, K., Ueda, Y. & Imahori, Y. (1998). Purification and properties of polyphenol oxidase from loquat fruit. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 46(10), 4144 - 4149.

Dubeya, Sh. P., Lahtinen, M. & Sillanpaa, M. (2010). Tansy fruit mediated greener synthesis of silver and gold nanoparticles. Process Biochemistry, 45(7), 1065–1071.

Dwivedi, A. G. & Gopol, K. (2010). Biosynthesis of silver and gold nanoparticles using Chenopodium album leaf extract, Colloids and Sufraces A: Physucochem Engineering Aspects, 369(1-3), 27-33.

Fan, W., Sun, J., Chen, Y., Qiu, J., Zhang, Y. & Chi, Y. (2009). Effects of chitosan coating on quality and shelf life of silver carp during frozen storage. Food Chemistry, 115(1), 66-70.

Feng, Q. L., Wu, J., Chen, G. O., Cui, F. Z., Kim, T. N. & Kim, J. O. (2000). A mechanistic study of the antibacterial effect of silver ions on Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Journal of Biomedical Material Research, 52(4), 662-668.

Fernández, A., Soriano, E., López-Carballo, G., Picouet, P., Lloret, E., Gavara, R. & Hernandez-Munoz, P. (2009). Preservation of aseptic conditions in absorbent pads by using silver nanotechnology. Food Research International, 42(8),1105-1112.

Fernández, A., Picouet, P. & Loret, E. (2010). Cellulose-silver nanoparticle hybrid materials to control spoilage-related microflora in absorbent pads located in trays of fresh-cut melon. International Journal of Food Microbial, 142(1-2), 222-228.

Frangos, L., Pyrgotou, N., Giatrakou, V., Ntzimani, A. & Sawaidis, I. N. (2010). Combined effects of salting, oregano oil and vacuum-packaging on the shelf-life of refrigerated trout fillets. Food Microbiology, 27(1), 115-112.

Furno, F., Morley, K. S., Wong, B., Sharp, B. L., Arnold, P. L., Howdle, S. M., Bayston, R., Brown, P. D., Winship, P. D., Reid, H. J. (2004). Silver nanoparticles and polymeric medical devices: a new approach to prevention of infection? Journal of Antimicrob Chemotherap, 54(6), 1019–1024.

Gardea-Torresdey, J. L., Tiemann, K. J, Gamez, G., Dokken, K., Tehuacanero, S. & José-Yacamán, M. (1999). Gold Nanoparticles Obtained by Bio-Precipitation from Gold (III) Solutions. Journal of Nanoparticle Research, 1(3), 397-404.

Gardea-Torresdey, J.L, Gomez, E., Peralta-Videa, J. R., Parsons, J. G., Troiani, H. & Jose-Yacaman, M. (2003). Alfalfa sprouts: a natural source for the synthesis of silver nanoparticles. Langmuir, 19(4), 1357-1361.

Ghasemi Pirbalouti, A., Setayesh, M., Siahpoosh, A. & Mashayekhi, H. (2013). Antioxidant activity, total phenolic and flavonoids contents of three herbs used as condiments and additives in pickles products. Herba Polonica, 59(3), 51-62.

Govindaraju, K., Tamilselvan, S., Kiruthiga, V. & Singaravelu, G. (2010). Biogenic silver nanopar ticles by Solanum torvum and their promising antimicrobial activity. Journal of Biopesticides, 3(1), 394–399.

He, J., Kunitake, T. & Nakao, A. (2003). Facile in situ synthesis of noble metal nanoparticles in porous cellulose fibers. Chemistry of Materials, 15(23), 4401-4406.

Heidarpour, F., Wan Ab Karim Ghani, W. A., Fakhru’lRazi, A., Sobri, S., Heydarpour, V., Zargar, M. & Mozafari, M. R. (2013). Complete removal of pathogenic bacteria from drinking water using nano silver-coated cylindrical polypropylene filters. Clean Technologies and Environmental Policy, 13(3), 499-507.

Incoronato, A. L., Conte, A., Buonocore, G. G. & Del Nobile, M. A. (2011). Agar hydrogel with silver nanoparticles to prolong the shelf life of Fior di Latte cheese. Journal of Dairy Science, 94(4), 1697-1704.

Jokar, M., Abdul Rahman, R., Ibrahim, N. A., Abdullah, L. Ch. & Tan, Ch. P. (2012). Melt Production and Antimicrobial Efficiency of Low-Density Polyethylene (LDPE)-Silver Nanocomposite Film. Food and Bioprocess Technology, 5(2), 719-728.

Kamal, S. S., Sahoo, P. K., Vimala. J., Premkumar, M., Ram, S. & Durai, L. (2010). A novel green chemical route for synthesis of silver nanoparticles using Camellia sinensis. Acta Chimica Slovenica, 57(4), 808-812.

Kim, J. S., Kuk, E., Yu, K. N., Kim, J-H., Park, S. J., Lee, H. J., Kim, S. H., Park, Y. K., Park, Y. H., Hwanq, C. Y., Kim, Y. K., Lee, Y. S., Jeonq, D. H. & Cho M. H. (2007). Antimicrobial effects of silver nanoparticles. Nanomed, 3(1), 95-101.

Kaviya, S., Santhanalakshmi, J., Viswanathan, B., Muthumary, J. & Srinivasan, K. (2011). Biosynthesis of silver nanoparticles using citrus sinensis peel extract and its antibacterial activity. Spectrochim Acta A Mol

Biomol Spectrosc, 79(3), 594-598.

Mahendra, R., Alka, Y. & Aniket, G. (2009). Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials. Biotechnology Advances, 27(1), 76-83.

Marambio-Jones, C. & Hoek, E. M. V. (2010). A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment. Journal of Nanoparticle Research, 12(5),1531-1551.

Miraj, S., Jivad, N. & Kiani, S. (2016). A review of chemical components and pharmacological effects of Kelussia odoratissima Mozaff. Der Pharmacia Lettre, 8(1), 140-147.

Mock, J. J., Barbic, M., Smith, D. R., Schultz, D. A. & Schultz, S. (2002). Shape effects in plasmon resonance of individual colloidal silver nanoparticles. The Journal of Chemical Physics, 116(15), 6755-6759.

Monteiro, D. R., Gorup, L. F., Takamiya, A. S., Ruvollo-Fiho, A. C., Carmago, E. R. & Barbosa, D. B. (2009). The growing importance of materials that prevent microbial adhesion. International Journal of Antimicrobial Agents, 34(2), 103-110.

Ojagh, S. M., Rezaei, M., Razavi, S. H. & Hosseini, S. M. H. (2010). Effect of chitosan coatings enriched with cinnamon oil on the quality of refrigerated rainbow trout. Food Chemistry, 120 (1), 193-198.

Özogul, F., Polat, A. & Özogul, Y. (2004). The effects of modified atmosphere packaging and vacuum packaging on chemical, sensory and microbiological changes of sardines (Sardina pilchardus). Food Chemistry, 85(1), 49-57.

Özyurt, G., Kuley, E., Özkütük, S. & Özogul, F. (2009). Sensory, microbiological and chemical assessment of the freshness of red mullet (Mullus barbatus) and goldband goatfish (Upeneus moluccensis) during storage in ice. Food Chemistry, 114(2), 505-510.

Panacek, A., Kvitek, L., Prucek, R., Kolar, M., Vecerova, R., Pizurova, N., Sharma, V. K., Nevecna, T. & Zboril, R.  (2006). Silver colloid nanoparticles: synthesis, characterization, and their antibacterial activity. The Journal of Physical Chemistry B, 110 (33), 16248-1653.

Philip, D. (2010). Green synthesis of gold and silver nanoparticles using Hibiscus rosasinensis. Physica E, 42(5), 1417–1424.

Qiuhui, Hu., Yong, F., Yanting, Y., Ning, M. A. & Liyan, Z. (2011). Effect of nanocomposite-based packaging on postharvest quality of ethylene-treated kiwifruit (Actinidia deliciosa) during cold storage. Food Research International, 44(6), 1589-1596.

Ravichandran, V., Vasanthi, S., Shalini, S., Ali Shah, S. A. & Harish, R. (2016). Green synthesis of silver nanoparticles using Atrocarpus altilis leaf extract and the study of their antimicrobial and antioxidant activity. Materials Letters, 180, 264-267.

Shenya, D. S., Mathewa, J. & Philip, D. (2011). Phytosynthesis of Au, Ag and Au–Ag bimetallic nanoparticles using aqueous extract and dried leaf of Anacardium occidentale. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 79(1), 254–262.

Sondi, I. & Salopek-Sondi, B. (2004). Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E. coli as a model for Gram-negative bacteria. J Colloid Interf Sci, 275(1), 177-182.

Stobie. N., Duffy, B., McCormack, D. E., Colreavy, J., Hidalgo, M., McHale, P. & Hinder, S. J. (2008). Prevention of Staphylococcus epidermidis biofilm formation using a low-temperature processed silver-doped phenyltriethoxysilane sol–gel coating. Biomaterials, 29(8), 963–969.

Supraja, S., Mohammed Ali, S., Chakravarthy, N., Jayaprakash Priya, A., Sagadevan, E., Kasinathan, M. K. Sindhu, S. & Arumugam, P. (2013). Green Synthesis of Silver Nanoparticles from Cynodon Dactylon Leaf Extract. International Journal of ChemTech Research, 5 (1), 271-277.

Taheri, A., Seyfan , A., Jalalinezhad , S. &  Nasery, F. (2013). Antibacterial effect of myrtus communishydro-alcoholic extract on pathogenic bacteria. Zahedan Journal of Research in Medical Sciences, 15(6), 19-24.

Wang, Y., He, X., Wang, K., Zhang, X. & Tan, W. (2009). Barbated Skull cup herb extract-mediated biosynthesis of gold  nanoparticles and its primary application in electrochemistry. Colloids and surfaces B, Bio interfaces, 73 (1), 75-79.

Waghmar, S. S., Deshmukh, A. M. & Sadowski, Z. (2014). Biosynthesis, optimization, purification and characterization of gold nanoparticles, African journal of Microbiology Research, 8 (2), 138-146

Yang, F. M., Li, H. M., Li, F., Xin, Z. H., Zhao, L. Y., Zheng, Y. H. & Hu, Q. H. (2010). Effect of nano-packing on preservation quality of fresh strawberry (Fragaria ananassa Duch. cv Fengxiang) during storage at 4 degrees c. J Food Sci, 75(3), 236-240.

Zarei, M., Jamnejad, A. & Khajehali, E. (2014). Antibacterial effect of silver nanoparticles against four foodborne pathogens. Jundishapur Journal of Microbiol, 7(1), 1-11.