研究背景：

热塑性淀粉 (TPS)、聚己二酸-共对苯二甲酸丁二醇酯 (PBAT) 和聚乳酸 (PLA) 在内的可生物降解塑料已被用作环保食品包装材料，作为不可生物降解的石油基塑料的替代材料。然而，这些生物塑料的低阻隔性和机械性能限制了食品行业的应用，因此可通过添加有效提高机械性能和阻隔性能并延长保质期的活性化合物和纳米材料，以生产纳米复合包装，增强机械、阻隔和热性能。而且包括二氧化钛 (TiO2) 和氧化锌 (ZnO) 在内的几种金属氧化物纳米材料对细菌和真菌菌株具有抗菌功能，可生产活性食品包装以延长产品保质期。

研究内容：

泰国农业大学农业工业学院的Danaya Phothisarattana等人研究调查了 1-5% 的 TiO2 和 ZnO 纳米颗粒对吹膜挤出生产的 PBAT/TPS 薄膜中金属的整体和特定迁移以及热降解行为的影响。研究了 PBAT/TPS 薄膜的微观结构和红外吸收光谱，以阐明迁移机制和热稳定性。

主要研究结果：

1.(A) 添加或不添加各种金属颗粒的薄膜外观和 (B) PBAT/TPS 吹塑薄膜的透光率，其中含有浓度为1 至5% 的TiO2 和ZnO。增加金属氧化物含量会降低薄膜透明度（图 1B），而纳米颗粒分散体阻止了光透过固体薄膜并降低透明度，因为纳米颗粒尺寸大多小于可见波长。

2、扫描电子显微镜和能量色散 X 射线分析 (SEM-EDX) 对含有 (A) TiO2、(B) ZnO 和 (C) 浓度为 1% 至 5% 的纳米颗粒聚集体的平均直径的 PBAT/TPS 薄膜进行分析。不同字母表示含有不同 ZnO 浓度的薄膜之间存在显著差异 (p ≤ 0.05)。由于 PBAT 和 TPS 之间的不相容性，薄膜含有大量嵌入基质中的颗粒。二氧化钛引起更高的吸水率和随后的水塑化效应，从而促进淀粉的颗粒破碎。由于形成团块的聚集，粒度随着金属氧化物浓度的增加而增加。

3、含有浓度为 1% 至 5% 的 TiO2 和 ZnO 的 PBAT/TPS 薄膜整体迁移到食品模拟物水、10% 乙醇和 3% 乙酸中。不同字母表示含有不同 ZnO 浓度的薄膜之间存在显著差异 (p ≤ 0.05)。

4、钛和锌金属从含有浓度为 1% 至 5% 的 TiO2 和 ZnO 的 PBAT/TPS 薄膜中特定迁移到食品模拟物水、10% 乙醇和 3% 乙酸中。不同字母表示含有不同 ZnO 浓度的薄膜之间存在显著差异 (p ≤ 0.05)。

5、FTIR 分析显示 (A) 吸收光谱范围为 2700 至 3800 cm-1 和 (B) 吸收峰在 3331 和 729 cm-1 (I3331/I729) 之间的强度比归因于含有 TiO2 和 ZnO 的 PBAT/TPS 吹塑薄膜的氢键作用浓度为 1% 至 5%。不同字母表示含有不同 ZnO 浓度的薄膜之间存在显著差异 (p ≤ 0.05)。图 A 中的虚线表示对照样本中条带的中心。在相同浓度下，TiO2 比 ZnO 显示出更尖锐的峰，这表明 TiO2 表面比 ZnO 更有可能与周围的水形成氢键。

研究结论：

包括二氧化钛 (TiO2) 和氧化锌 (ZnO) 在内的金属氧化物增强了可生物降解塑料食品包装的性能和功能性能。微观结构分析表明，添加 TiO2 和 ZnO 增强了淀粉颗粒的破坏，增加了无定形淀粉部分。能量色散 X 射线分析 (EDX) 显示 TiO2 颗粒比 ZnO 具有更高的聚集度，这与 ZnO 和 TPS 相之间更高程度的氢键合相一致。ZnO 和聚合物之间的强相互作用也改变了 PBAT/TPS 共混膜中 PBAT 和 TPS 相的降解温度 (Td)。通过电感耦合等离子体质谱法分析，具有 ZnO 的薄膜具有更高的迁移水平，特别是在酸模拟物中。薄膜显示出在水环境中用于食品应用的前景。

参考文献：

Phothisarattana D, Harnkarnsujarit N. Migration, aggregations and thermal degradation behaviors of TiO2 and ZnO incorporated PBAT/TPS nanocomposite blown films[J]. Food Packaging and Shelf Life, 2022,33.

原文链接：

https://www.webofscience.com/wos/alldb/full-record/WOS:000830587900006