β-シクロデキストリンをグラフトした酸化チタンナノ粒子を含む食品包装フィルムの経時変化に関する研究

酸化チタンは，米国FDAによって安全性が認められている一般的な食品添加物である[1]。TiO₂は，光を照射すると活性酸素種（ROS）を生成し，微生物の細胞成分を分解して抗菌作用を発揮する。ポリマーマトリックスにTiO₂を組み込むことで、細菌、酵母、カビに対する抗菌作用が得られ、また、太陽のような再生可能エネルギーを利用してポリマーの自己分解を促進することができる[2,3]。また，キトサンフィルムから食品へのTiO₂の移行性を評価した最近の研究では，移行試験後にほとんどのチタンがポリマーマトリックスに残っていることが明らかになった。また、キトサンフィルムから食品へのTiO₂の移行を評価した最近の研究では、移行試験後にほとんどのチタンがポリマーマトリックス内に残り、食品に移行したのはごくわずかだった（キトサンマトリックス内の全チタンの5.44×10-4%未満）。実際，TiO₂の移行による潜在的なリスクは除外できる[4]。ヘキサメチレンジイソシアネート（HMDI）のようなリンカーを用いてTiO₂ NPの表面にCDを添加することで，有用なナノキャリアシステムが得られる。HMDIは、食品に接触する用途に認可されているイソシアネートの1つである。イソシアネートは非常に有毒であることが知られているが、使用量は非常に少なく（0.5％未満）、変性プロセスで未結合のHMDI鎖をすべて除去する。このシステムを熱可塑性ポリマーに組み込むことで、食品包装に応用できるフィルムを得ることができる。また、CDキャビティには食品保存剤を入れることができる。この事実は、パッケージの準備中の損失や熱分解に対する保護を提供することができ、また、TiO₂の固有の抗菌活性を強化することも目的としている。以前の研究では、CDグラフトしたTiO₂ NPsからの様々な食品保存料の装填能力とさらなる放出について報告されている[5]。大環状化合物のキャビティからこれらの活性分子が制御されて放出されることで、微生物の成長に対するNPの抑制効果が拡大する可能性がある[6]。

この研究では，EVOHとPVAの複合体と，異なる％のTiO₂-およびβCD-グラフトNPを含むフィルムを調製し，その特性を調べた[7]。フィルムは，ポリマーの劣化に関するTiO₂ NPの影響を調べるために，温度と湿度が安定したチャンバーの中で，異なるUV光の強度の下で処理された。システムの変化は，フィルムの色の変化（CIELAB）とFTIRの特性によってモニターされた。βCDの存在は，高温（80℃）でのPVAポリマーマトリックスの劣化をわずかに促進するように思われたが，EVOHは熱および光酸化条件下で未修飾のTiO₂ NPを用いてより大きな酸化を受けたのとは対照的であった。

1. U.S. Food and Drug Administration (FDA). CFR—Code of Federal Regulations Title 21. 2020. Available online: https://www.accessdata.fda.gov/scripts/cdrh/cfdocs/cfCFR/CFRSearch.cfm?fr=73.575 (accessed on 14 January 2021).
2. Kubacka, A.; Serrano, C.; Ferrer, M.; Lunsdorf, H.; Bielecki, P.; Cerrada, M.L.; Fernández-García, M.; Fernández-García, M. High-performance dual-action polymer-TiO₂ nanocomposite films via melting processing. Nano Lett. 2007, 7, 2529–2534.
3. Christoforidis, K.C.; Kubacka, A.; Ferrer, M.; Cerrada, M.L.; Fernández-García, M.; Fernández-García, M. Role of TiO₂ morphological characteristics in EVOH-TiO₂ nanocomposite films: Self-degradation and self-cleaning properties. RSC Adv. 2013, 3, 8541–8550.
4. Enescu, D.; Dehelean, A.; Gonçalves, C.; Cerqueira, M.A.; Magdas, D.A.; Fucinos, P.; Pastrana, L.M. Evaluation of the specific migration according to EU standards of titanium from Chitosan/Metal complexes films containing TiO₂ particles into different food simulants. A comparative study of the nano-sized vs micro-sized particles. Food Packag. Shelf Life 2020, 26, 100579.
5. Goñi-Ciaurriz, L.; González-Gaitano, G.; Vélaz, I. Cyclodextrin-grafted nanoparticles as food preservative carriers. Int. J. Pharm. 2020, 588, 119664.
6. González, E.A.S.; Olmos, D.; Lorente, M.A.; Vélaz, I.; González-Benito, J. Preparation and characterization of polymer composite materials based on PLA/TiO₂ for antibacterial packaging. Polymers 2018, 10, 1365.
7. Goñi-Ciaurriz, L.; Senosiain-Nicolay, M.; Vélaz, I. Aging Studies on Food Packaging Films Containing β-Cyclodextrin-Grafted TiO₂ Nanoparticles. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 2257. https://doi.org/10.3390/ijms22052257