纳米粒子在聚乳酸基食品包装材料及食品界面的迁移机制研究

Polylactide (PLA) is the most promising biological degradable material that can be universal accessed in the current market. To enhance its mechanical properties, processing properties, and antimicrobial properties, it is needed to incorporate inorganic antimicrobial nano-particle into the PLA packaging materials during processing period. Afterwards, the foods packed by PLA packaging materials would be processed by super high-pressure processing (HPP) technology. So, it must investigate the migration mechanism of nano-particle from the PLA packaging materials to food interface during HPP processing and control the migration rate of nano-particle. The objective of this project is to properly construct the PLA-based biodegradable food packaging material by the incorporation of inorganic antimicrobial nano-particle such as nano-TiO2, investigate the effect of changes in aggregation structure or macromolecular chain structure on the migration discipline of nano-particle, investigate the diffusion discipline of nano-particle diffusing from packaging material to the interface of simulated typical liquid food system, and investigate the effect of HPP technology on these objective discipline. From the view of micro- and macro-perspective, it can be established the diffusion model of migration in specific micro-environment of PLA packaging and interface between packaging material and processing food. On the basis of the limit of nano-particle dissolution, it should confirm the processing conditions of HPP technology, establish the physical model of safe and effectively application of the PLA nano-packaging materials, and ensure the safe application of the PLA nano-packaging materials.

新型聚乳酸材料是目前市场上可普遍获得最有前途的生物基可降解材料。为了增强聚乳酸包装材料的机械性能、加工性能、抗菌性能等，在其加工过程中添加无机抗菌纳米粒子，并采用超高压的食品后处理方式，因此，必须研究这类纳米粒子在聚乳酸包装材料及其经超高压处理的迁移规律以及实现纳米粒子可调控的方法。本项目通过合理构建包埋纳米二氧化钛等无机抗菌纳米粒子的聚乳酸基可生物降解食品包装材料，探讨所构建包装材料的聚集态结构或高分子链结构等的变化对纳米粒子迁移以及在包装材料与模拟典型液态食品体系接触界面的溶出扩散等规律，并研究超高压处理对这些客观规律产生的影响。从微观和宏观角度出发，阐述这类纳米粒子在特定微环境中及与液态食品体系接触界面的迁移传递的扩散模型，根据纳米粒子溶出量低于限量标准的原则，确定超高压后处理工艺条件，建立聚乳酸纳米包装材料安全、有效使用的物理模型，确保这类新型聚乳酸纳米包装材料的安全应用。

新型聚乳酸PLA材料是目前市场上可普遍获得最有前途的生物基可降解材料。为了增强聚乳酸包装材料的各项性能，在其加工过程中添加无机抗菌纳米粒子，并采用超高压的食品后处理方式，因此，必须研究这类纳米粒子在聚乳酸包装材料及其经超高压处理的迁移规律以及实现纳米粒子可调控的方法。本项目通过合理构建包埋纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米银等纳米粒子，与聚乳酸基体树脂共混制备抗菌复合膜，分别测定了纳米粒子/聚乳酸复合膜的阻隔性能、机械性能等宏观性能，以及通过电子扫描显微镜表征复合膜的微观结构，红外光谱表征分子结构特征，X-射线衍射表征内部结构变化，差示量热扫描仪表征热性能。经过超高压处理后，测定了纳米粒子/聚乳酸复合膜的宏观性能与微观结构特征，分析超高压处理条件（如超高压作用压力0、100、200、300、400MPa；作用时间0、10、20、30min），对聚乳酸基纳米包装材料微观结构和接触界面性质的影响。将纳米粒子/聚乳酸复合膜置入典型液态食品模拟体系（如水、脂质食品、酸性食品、酒精食品等模拟液），分析超高压处理前后，不同纳米粒子含量、迁移时间、超高压作用压力、超高压作用时间等因素，对纳米粒子扩散系数、特定迁移量、迁移扩散平衡值等迁移扩散行为的影响，以及迁移引起微观结构与界面性质的变化。根据纳米粒子溶出量低于限量标准的原则，确定超高压后处理工艺条件，建立了描述和预测纳米粒子在聚乳酸基食品包装材料和典型液态食品体系之间迁移扩散行为的数学模型，确保这类新型聚乳酸纳米包装材料的安全应用，达到了预期目标。