Laktik asit bakterilerinin kültür filtratı kullanılarak nano gümüş partikül sentezi ve metil selüloz filmlerde antimikrobiyel etkilerinin belirlenmesi
Synthesis of nano silver particle using lactic acid bacteria culture filtrate and determination of antimicrobial effects on methylcellulose films
Yazar: EVRİM ŞATANA
Danışman: PROF. DR. ZERRİN ERGİNKAYA
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Bu çalışma, laktik asit bakterilerinin kültür filtratı kullanılarak biyolojik yöntemlerle sentezlenen gümüş nanopartiküllerin (AgNP) metil selüloz fimlerde antimikrobiyel ajan olarak kullanılıp kullanılamayacağını araştırmak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Gümüş nanopartiküller, beş farklı laktik asit bakteri kültürlerinin süpernatantı kullanılarak, alkali koşullarda (pH:12) ve nihai AgNO3 konsantrasyonu 10 mM olacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Gümüş nanoparçacık biyosentezi, hızlı bir şekilde birkaç dakika içinde oluşmuştur. AgNP'lerin karakterizasyonu için görsel gözlem, UV-Vis Spektrofotometre, FTIR, XRD ve SEM yöntemleri kullanılmıştır. Biyosentezlenmiş gümüş nanopartiküller, sentez sonrası meydana gelen renk değişiklikleriyle doğrulanmıştır. UV-görünür spektrumu, gümüş nanoparçacıkların plazmon absorbansına karşılık gelen 402,44 nm'de tepe noktası göstermiştir. Sentezlenen tüm AgNP örneklerin X-ışını kırılımı (XRD) grafiklerinde tespit edilen (111), (200), (220), (311) ve (222) düzlemlerine karşılık gelen beş tepe noktası yüzey merkezli kübik (FCC) gümüş kristalleri ile en iyi şekilde eşleşmiştir.  Elde edilen AgNP'lerin ortalama boyutu Scherrer's formülü kullanılarak 9,74 nm-11,12 nm olarak hesaplanmıştır.  SEM mikrograflarına gümüş nanopartiküllerin ortalama çapı 13,55 nm-26,45 nm olarak bulunmuştur. FTIR spektrumu, Ag+'nın Ag0 nanoparçacıklarına indirgenmesinde rol alan yüksek seviyelerde AgNP sabitleyici proteinler ve diğer alt metabolitlerin varlığını göstermiştir.
Daha sonra karakterize edilen AgNP'ler'in; E.coli, S.aureus, L.monocytogenes, P.chrysogenum ve S.cerevisiae üzerindeki antimikrobiyel etkileri değerlendirilmiştir. Laktik asit bakterileri kültür filtratından elde edilen gümüş nanopartikül çözeltilerinin tamamı, araştırmada kullanılan bakteri, maya ve küflere karşı antimikrobiyel aktivite göstermiştir. Çözeltilerden elde edilen gümüş nanopartikül tozları ise, E.coli, S.aureus ve L.monocytogenes'e karşı antimirobiyel etki gösterirken, P.chrysogenum ve S.cerevisiae'ya karşı antimikrobiyel etki göstermemiştir. Ayrıca, araştırmada belli oranlarda gümüş nanopartikül içeren yenilebilir metil selüloz filmler üretilmiş ve filmlerden bazılarının üzerinde, kullanılan doza bağlı olarak E.coli, S.aureus, L.monocytogenes, P.chrysogenum ve S.cerevisiae bakterilerinin üremediği gözlemlenmiştir. Sonuçlar, metil selüloz polimeri ve laktik asit bakterilerinin kültür filtratı ile elde edilmiş AgNP kombinasyonu kullanarak üretilen antimikrobiyel filmlerin antimikrobiyel paketleme sistemlerde kullanılabilme potansiyeli olduğunu göstermiştir. Ancak, gıdalarda kullanılması için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.

Abstract:
This study was conducted to investigate whether silver nanoparticles synthesized by biological methods using lactic acid bacteria culture filtrate can be used as antimicrobial agents in methyl cellulose films. Silver nanoparticles were synthesized using the supernatants of five different lactic acid bacteria cultures under alkaline conditions (pH: 12) and a final AgNO3 concentration of 10 mM. Silver nanoparticle biosynthesis occurred rapidly within a few minutes. Visual observation, UV-Vis Spectrophotometer, FTIR, XRD and SEM methods were used for the characterization of AgNPs. Biosynthesized silver nanoparticles were confirmed by the color changes that occurred after synthesis. The UV-visible spectrum showed a peak at 402.44 nm, corresponding to the plasmon absorbance of silver nanoparticles. Five peaks corresponding to the (111), (200), (220), (311) and (222) planes detected in the X-ray diffraction (XRD) graphs of all synthesized AgNP samples were best matched with Face Centered Cubic (FCC) silver crystals. The average size of the obtained AgNPs was calculated as 9.74 nm-11.12 nm using Scherrer's formula. The average diameter of silver nanoparticles was found as 13.55nm-26.45 nm in SEM micrographs. FTIR spectrum showed the presence of high levels of AgNP stabilizer proteins and other downstream metabolites that play a role in the reduction of Ag+ to Ag0 nanoparticles. 
Then, the antimicrobial effects of the characterized AgNPs on E. coli; S. aureus, L. monocytogenes, P. chrysogenum and S. cerevisiae were evaluated. All of the silver nanoparticle solutions obtained from the lactic acid bacteria culture filtrate showed antimicrobial activity against the bacteria, yeasts and molds used in study. Silver nanoparticle powders obtained from the solutions showed antimicrobial activity against E. coli; S. aureus and L. monocytogenes, but did not show antimicrobial activity against P. chrysogenum and S. cerevisiae. Edible methyl cellulose films containing certain amounts of silver nanoparticles were produced and it was observed that E. coli, S. aureus, L. monocytogenes, P. chrysogenum and S. cerevisiae bacteria did not grow on some of the films depending on the dose used. This study showed that antimicrobial films produced using the combination of methyl cellulose polymer and AgNP obtained from culture filtrate of lactic acid bacteria have the potential to be used in antimicrobial packaging systems. However, further research is needed for their use on foods.