The Effect of Vegetable Essential Oils on the Antimicrobial and Biodegradation Properties of Hemicellulose Based Polymeric Gel Films

Hemiselüloz Esaslı Polimerik Jel Filmlerin Antimikrobiyal ve Biyobozunma Özellikleri Üzerine Bitkisel Uçucu Yağların Etkisi

Abstract

In this study, hemicellulose-based, vegetable essential oil supplemented (mint, rosemary, thyme, clove, nettle, lavender, pine turpentine, garlic and juniper) gel film showing antimicrobial properties was produced according to the free radical polymerization mechanism.The antimicrobial activity and biodegradation behavior of gel films were investigated. E. coli stock culture was used for the antimicrobial analysis examined using the agar (disc) diffusion method. Image analysis was done with MATLAB R2017 version. The effect of vegetable essential oils on biodegradation rates was determined by embedding tests in soil flora. The biodegradation behaviors of gel films were modeled by using the Coats-Redfern Method. The theoretical model equation that best represents the biodegradation was determined and the rate of degradation was calculated according to the most suitable model equation (second-order kinetic F(2)). It has been concluded that polymeric films containing rosemary, thyme, clove, and nettle essential oil have an antimicrobial effect. The kinetic analysis conducted that the antimicrobial essential oil species reduced the rate of biodegradation approximately 5 times, but did not affect the final degradation percentage. It was determined that polymeric films were degraded 95-98% in the soil flora after 60 days.

Özet

Bu çalışmada, hemiselüloz esaslı, bitkisel uçucu yağ takviyeli (nane,biberiye, kekik, karanfil, ısırgan, lavanta, çam terebenti, sarımsak ve ardıç)antimikrobiyal özellik gösteren jel film üretimi, serbest radikalikpolimerizasyon mekanizmasına göre gerçekleştirilmiştir. Jel filmlerinantimikrobiyal aktivitesi ve biyobozunma davranışları araştırılmıştır. Agar(disk) difüzyon yöntemi kullanılarak incelenen antimikrobiyal analiz için E.coli stok kültürü kullanılmıştır. Görüntü analizi MATLAB R2017 versiyonu ileyapılmıştır. Jel filmlerin biyobozunma hızları üzerine bitkisel uçucu yağlarınetkisi, toprak florası içerisine gömme testleri yapılarak tespit edilmiştir. Jelfilmlerin biyolojik bozunma davranışları Coats Redfern Metodu kullanılarakmodellenmiştir. Bozunmayı en iyi temsil eden teorik model eşitliği tespitedilmiş ve bozunma hızı, en uygun model eşitliğine (ikinci dereceden kinetikF(2)) göre hesaplanmıştır. Biberiye, kekik, karanfil ve ısırgan otu uçucu yağıiçeren polimerik filmlerin, antimikrobiyal etki gösterdiği gözlenmiştir.Yapılan kinetik analiz sonucu antimikrobiyal özellik taşıyan uçucu yağtürlerinin, biyobozunma hızını yaklaşık 5 kat düşürdüğü ancak, nihai bozunmayüzdesi üzerinde etkili olmadığı tespit edilmiştir. Polimerik filmlerin 60günlük süre sonunda toprak flaorasında, %95-98 oranında bozunduğubelirlenmiştir.