含有β-环糊精接枝TiO2纳米颗粒的食品包装膜的老化研究

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TiO2是一种常见的食品添加剂,被美国FDA认定为安全的[1]。在光的照射下,TiO2会形成活性氧(ROS),降解微生物的细胞成分,并作为抗菌剂发挥作用。将TiO2掺入聚合物基体中,可提供针对细菌、酵母和霉菌的抗菌活性,并利用太阳等可再生能源加速聚合物的自我降解[2,3]。另外,最近一项关于评估TiO2从壳聚糖薄膜迁移到食品中的研究显示,大部分钛在迁移试验后仍留在聚合物基体中。只有极少量的钛迁移到食品中(<5.44 × 10-4%的壳聚糖基质中的钛总量),可以忽略不计。事实上,可以排除TiO2迁移的潜在风险[4]。在TiO2 NP表面添加CD,使用六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)这样的连接剂,可以产生一个有用的纳米载体系统。HMDI是被批准用于食品接触应用的异氰酸酯之一。尽管众所周知异氰酸酯具有相当大的毒性,但它们的使用量非常低(<0.5%),而且在改性过程中所有未粘合的HMDI链都被去除。该系统可被纳入热塑性聚合物中,以获得应用于食品包装的薄膜。另外,食品防腐剂也可以装在CD腔中。这一事实可以提供保护,防止包装准备过程中的损失和热分解,也是为了加强TiO2内在的抗菌活性。以前的一项工作报告了CD接枝的TiO2 NPs的负载能力和不同食品防腐剂的进一步释放[5]。这些活性分子从大环的空腔中的可控释放可能会延长NPs对微生物生长的抑制作用[6]。

在这项工作中,制备了含有EVOH和PVA的复合材料以及不同比例的TiO2和βCD接枝的NPs的薄膜并进行了表征[7]。为了研究TiO2 NPs对聚合物降解的影响,薄膜在温度和湿度稳定室以及不同的紫外光强度下被处理。系统的变化是通过薄膜的颜色变化(CIELAB)和FTIR表征来监测的。在所研究的较高温度(80℃)下,βCD的存在似乎略微有利于PVA聚合物基体的降解,而EVOH则相反,在热和光氧化条件下,未改性的TiO2 NPs会发生更大的氧化作用。

  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. 20077, 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. 20133, 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 202026, 100579.
  5. Goñi-Ciaurriz, L.; González-Gaitano, G.; Vélaz, I. Cyclodextrin-grafted nanoparticles as food preservative carriers. Int. J. Pharm. 2020588, 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 201810, 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. 202122, 2257. https://doi.org/10.3390/ijms22052257

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