氧化锌复合抗菌材料在木聚糖/聚乙烯醇食品包装复合膜中的应用

传统塑料包装存在难降解以及原材料不可再生的问题,目前已经造成石化资源的巨大浪费和严重的生态环境污染。因此,天然可生物降解包装材料成为当前研究的热点。木聚糖(Xylan)是植物中半纤维素的主要成分,它具有生物相容性好、无毒和易降解等优点,是一种潜力巨大的可降解性生物资源,可应用于食品包装领域。但是,木聚糖的溶解性差导致其难于成膜,且其机械性能、抗菌性能弱也不能满足应用需求,因此需要对其改性或与其它材料复合才能应用于食品包装薄膜中。

聚乙烯醇(PVA)也是一种可生物降解的高分子材料,具有优异的成膜性能和机械性能,目前已被广泛应用于可降解复合薄膜的制备中。纳米氧化锌具有优良的抗菌性能,且可应用于食品包装领域中。对木聚糖改性得到易于成膜的季铵化木聚糖,将其与聚乙烯醇以及木聚糖包覆的纳米氧化锌复合,获得了一系列可降解的抗菌保鲜食品包装薄膜,:a、采用纳米沉淀法制备了木聚糖包覆的氧化锌纳米粒子,结果表明,当Zn2+/OH-浓度比为1:2,反应温度为50°C时制得的纳米粒子粒径Z为均匀,粒径为100 nm;制备得到的纳米氧化锌具有良好的抗菌性能。以季铵化木聚糖和聚乙烯醇为原料,木聚糖包覆的纳米氧化锌作为抗菌剂,采用溶剂挥发法制备了一系列柔性、可降解的木聚糖基食品包装薄膜。

通过测试薄膜的阻水性能、紫外屏蔽、机械性能以及抗菌、保鲜性能显示，纳米粒子与薄膜聚合物基体主要以氢键作用为主;聚乙烯醇的加入提高了薄膜的抗拉强度和断裂伸长率;木聚糖包覆纳米氧化锌的加入显著提高了薄膜的抗菌性能、紫外屏蔽性能及阻水性能,但只是略微增加了薄膜的机械性能和抗氧化性能。当纳米氧化锌的添加量达到3%时,薄膜的抑菌率达到99%以上,水蒸气透过率降低到7.5×10-12g·Pa-1·s-1·m-1,紫外屏蔽效果则提高了50%,水溶性下降到了42%。此外,该复合膜在土壤中降解7周后失重率能达到20%以上。复合薄膜在对水果的保鲜实验中也显示出良好的效果,可将水果的保质期延长到21天。

针对季铵化木聚糖/聚乙烯醇/纳米氧化锌复合薄膜抗氧化能力较弱的问题,在聚合物基体中加入抗氧化剂茶多酚(TP)来制备具有强抗氧化性的复合薄膜。结果表明,随着茶多酚的含量的增加,薄膜的阻水性能、紫外屏蔽功能以及抗氧化性都逐渐提高。当复合薄膜中茶多酚的添加量为0.7%时,复合薄膜ZF7的DPPH自由基清除活性可达到90%以上,具有良好的抗氧化效果,在苹果果肉抗氧化实验中也证实了这一结论;同时薄膜的水溶性则下降到37%左右,在紫外区间内的光透过率变为0。茶多酚的加入提升了薄膜的综合性能,可作为新型可降解食品包装的优选材料。