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PLA、PBAT、PPC三合一，制備出抗氧抗菌可生物降解的保鮮膜

文章來源：賢集網更新時間：2024-03-15 16:21:14

微生物腐敗和氧化變質一直是食品安全和消費者健康的重大威脅，活性包裝的興起為延長食品貨架期提供了有效的方法，隨著傳統包裝造成的環境污染問題日益嚴峻，以可生物降解材料為基材的新型活性包裝正成為未來包裝的發展方向。

在保證可生物降解基材性能滿足要求的前提下，設計安全高效的活性控釋系統，并將二者有效結合是當前研究的熱點與關鍵。江南大學，弓雪峰團隊制備了一種響應控釋型抗氧抗菌活性配合體，并研究了可生物降解基材配方，最終制備成一種新型抗氧抗菌活性薄膜。

可降解材料——PBAT

PBAT，中文名稱：聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯，乳白色或淡黃色白色顆粒，無嗅無味，是由己二酸、對苯二甲酸與丁二醇直接縮合共聚得到脂肪-芳香族共聚酯材料；其熔點115-130°C，密度：1.23g/cm3，韌性好，耐撕裂強度高，加工溫度窗口寬，成膜性好，非常適于吹塑、流涎、淋涂成膜，能在各種通用的普通塑料成膜設備上加工成型；能在特定條件下如堆肥、海水等或自然環境下，被微生物完全分解為二氧化碳和水等，是一種最適合薄膜類產品的完全生物降解材料。

PBAT作為新型塑料材料具有生物降解性優異、用途廣泛等特點，常用于一次性塑料包裝物、膜袋類、農用薄膜、醫用材料，快遞外賣包裝等領域，是目前生物降解塑料中非常可靠和市場應用最好的降解材料之一。

PLA/PBAT 復合膜在食品包裝中的應用

PLA/PBAT復合膜具有機械強度優、阻隔性強、可降解等特點，可以作為新型食品包裝材料來代替聚乙烯PE等傳統的食品包裝材料，同時在PLA/PBAT復合膜中添加活性因子，可以有效延長食品貨架期，減少食品在貯藏期間的營養價值損失。目前，有關PLA/PBAT復合膜在食品包裝中研究中的應用主要集中在氣體選擇透過性、抗菌性及食品貯藏保鮮等相關方面。

1、氣體選擇透過性

天津科技大學蔣佳男將添加BHT的 PLA/PBAT 膜應用于鮮榨米保鮮中，研究發現該薄膜具有較好的機械性能，CO2 透過率和水蒸氣透過率均較低，同時能夠抑制亞油酸等不飽和脂肪酸的氧化，不僅較好的維持了鮮榨米的品質而且延緩了其營養價值的降低。

《包裝與食品機械》張倩等將 PBAT 加入到 PLA/PHB的共混薄膜中，結果表明，復合薄膜的拉伸強度有所下降，但斷裂伸長率呈增長趨勢，且薄膜的透氧性和透濕性有所改善。

基于 PLA/PBAT 復合膜具一定的氣體選擇透過性，對內部的 O2 和 CO2 具有很好的調節作用。根據不同成分的添加，PLA/PBAT 復合膜氣體選擇透過性有所不同，如添加了葡萄籽提取物的 PLA/PBAT 復合膜，具有較高的透濕性和氣體選擇透過性，可有效防止包裝膜起霧，使其在果蔬包裝上具有較好的應用前景。當 PLA/PBAT 復合膜中添加 BHT，膜阻隔性能有所提高，未來可考慮應用于糧食的保鮮包裝，以減少營養價值損失，延長貨架期。

2、抗菌性能

Shankar等發現含氧化鋅納米顆粒的 PLA/PBAT 薄膜對大腸桿菌和單核細胞增生李斯特菌具有較強的抗菌活性，有效延緩了菌落總數的增加，且對革蘭氏陰性菌的抗菌活性強于革蘭氏陽性。

Cardoso等發現含有牛至精油的 PBAT 薄膜具有抗菌和抗氧化活性，薄膜可有效減少總大腸菌群、金黃色葡萄球菌及嗜冷微生物的數量，并對革蘭氏陰性菌有更好的抗菌功效，薄膜的抗菌、抗氧化活性也隨著牛至精油濃度的升高而增強。

Raja Venkatesan等發現以不同比例氧化銀制備的 PBAT/氧化銀復合薄膜對金黃色葡萄球菌具有明顯的抑菌性，且抑菌性能與氧化銀含量成正比。目前，PLA/PBAT 復合膜抗菌活性的相關研究較少，主要集中在 PBAT 為單一基材保鮮膜的相關應用。因而，PLA/PBAT 復合膜抗菌性能的研究將受到更為廣泛的關注。

3、貯藏保鮮性能

PLA/PBAT 復合膜具有較好的紫外屏蔽功能，同時可降低食品中水分含量及水分活度，在生鮮果蔬貯藏中可有效降低水分和營養損失，延長貨架期，提高感官品質。

WANG等研究發現 PLA/PBAT 共混膜具有很高的紫外屏蔽功能，可有效防止馬鈴薯的綠化。

浙江大學張沛宇等人研究發現 PLA/PBAT 植物可降解材質包裝袋對小白菜有較好的貯藏效果，因復合薄膜結構中存在微孔區域，該微孔可以促進水分從內部擴散到薄膜表面，從而適當降低食品中的水分含量和水分活度，同時該復合膜可有效抑制小白菜貯藏期間葉綠素和抗壞血酸的降解。

吉林農業大學張九天采用 PLA/PBAT 制備食品保鮮連卷袋，研究發現共混保鮮袋中 PLA 含量越高，保鮮袋封合強度越低，加入 PBAT 可提高連卷袋的封合強度，且該保鮮袋易降解，安全無污染。

用PLA、PBAT、PPC制一種抗氧抗菌保鮮膜

（1）茶多酚-介孔納米氧化鋅控釋型抗氧抗菌活性配合體的制備與表征。茶多酚作為一種天然高效抗氧抗菌劑，可以有效延緩食品的腐敗和氧化，同時，通過一定手段（使用介孔納米氧化鋅作為載體）對茶多酚進行包覆或固定，可以起到控釋作用，從而控制茶多酚的釋放速度或實現特定條件釋放，延長茶多酚的作用時間，同時避免不良外部條件對其結構造成破壞。以聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物（Poloxamer188）和蔗糖為雙模板劑，分別以硝酸鋅和醋酸鋅為鋅源物質，采用水熱法制備了兩種介孔納米氧化鋅N-ZnO（以硝酸鋅為鋅源）及C-ZnO（以醋酸鋅為鋅源），并以N-ZnO為載體搭載茶多酚TP制備為控釋型抗氧抗菌活性配合體T-ZnO，最終對介孔納米氧化鋅載體和活性配合體的性能進行研究。結果表明：N-ZnO及C-ZnO均具有六方晶系纖鋅礦結構。N-ZnO的結構優于C-ZnO，N-ZnO的比表面積80.614m2/g,平均孔徑為7.426nm，孔容為0.424cm3/g；T-ZnO對茶多酚的搭載量高達74.46%~76.28%，具有優異的自由基清除能力和明顯抑菌作用。T-ZnO的pH響應控釋效果明顯，弱酸性條件可以促進配合體中茶多酚的釋放，在活性控釋包裝方面具有一定的應用潛力。

（2）PLA/PBAT/PPC共混可生物降解薄膜的制備與表征。采用熔融共混法將聚乳酸（PLA）、聚對苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT）及聚碳酸亞丙酯（PPC）三種可生物降解材料進行不同比例共混制膜，探究最佳共混改性比例。結果表明：不同比例共混膜均為部分相容體系，且隨PBAT組分的減少和PPC組分的增加，體系相容性和均一性逐漸提高。共混膜熔融起始溫度相比純PLA均有降低，有利于加工。共混膜具有紫外光屏蔽能力，對氧氣和水蒸氣的阻隔性能以及透光性能隨PPC含量增加而上升。PLA/PBAT/PPC比例為40/10/50的共混膜綜合力學性能最佳，可用作活性膜基材。

（3）共混可生物降解基控釋活性膜的制備及表征。以PLA/PBAT/PPC比例為40/10/50的共混膜為基材，分別引入不同濃度的TP、N-ZnO和T-ZnO制備系列可降解活性膜，并研究了活性膜的結構和性能。

結果表明：TP和T-ZnO的引入均能減小膜基體分散相的尺寸，T-ZnO對共混體系均一性提升更顯著，且降低了熔融起始溫度，加工性能得到改善。TP和T-ZnO與基體分子鏈主要以氫鍵方結合，能改善薄膜力學性能。ZT1薄膜（1%T-ZnO添加）綜合改性效果最佳，拉伸強度和斷裂伸長率分別提升20.94%和233.51%。TP和T-ZnO還能提升薄膜的阻隔性能，其中3%TP和3%T-ZnO對氧氣阻隔性能提升最好，氧氣透過系數分別下降23.85%和18.46%，薄膜水蒸氣透過系數也有不同程度下降。T2（2%TP添加）和ZT2（2%T-ZnO添加）薄膜均有顯著的DPPH自由基清除能力，ZT2薄膜還具有延遲清除效果，且最終清除率優于T2薄膜。與活性配合體相比活性膜對茶多酚的控釋行為有所改變，釋放前期的最大釋放pH值條件向中性移動，pH=7.4釋放量最大，pH=5.5釋放量略低于前者，pH=4.4條件下釋放仍然受到抑制。

而釋放中后期由于薄膜基體在堿性條件下的水解作用更強，pH=8.5的弱堿性條件促使茶多酚的釋放量超越pH=7.4條件下的釋放量。所制備的活性薄膜對金黃色葡萄球菌抑制作用優于對大腸埃希氏菌，總體而言，Z2薄膜添加活性配合體的ZT2薄膜相比添加純茶多酚的T2薄膜具有更好的抗菌效果。

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