奈米氧化鎂及沒食子酸於複合生物可降解食品包材之應用

塑膠自1950年開始被大量使用，已成為不可或缺的原料，但人類隨意丟棄，產生大量的塑膠廢棄物，造成對環境與生態危害，因此近年開發生物可分解的包材備受關注，但通常其本身的力學性質及對氧氣、水蒸氣阻隔性或抗菌性低，因此可選擇添加額外物質進行優化。近年研究發現奈米氧化鎂 (magnesium oxide nanoparticles, MgO NPs) 抗菌活性來自於活性氧 (reactive oxygen species, ROS) 的產生，且其生成與氧化鎂缺陷的含量、粒徑及形狀等因素相關。本研究使用醋酸纖維素 (celluose acetate; CA) 作為食品包裝基底，以溶液澆鑄 (solution casting) 方法分別添加自行合成的MgO NPs或沒食子酸 (gallic acid, GA)，製作兩種不同功能性的薄膜，並以阿拉伯膠 (gum arabic) 黏合。首先將合成之MgO NPs測定型態及粒徑、晶體結構、氧缺陷含量、自由基釋放能力和抗菌特性分析。膜的測定則包含化學結構測定、拉伸強度、斷裂伸長率、熱穩定性、水蒸氣及氧氣穿透率和抗菌特性。結果以X光繞射儀及穿透式電子顯微鏡分析成功以沉澱法及水熱法合成MgO NPs，前者粒徑介於17-32 nm、後者粒徑介於30-74 nm之間，商業型MgO NPs平均粒徑為27 nm。以水熱法合成並經氮氣煅燒的MgO NPs抗菌測試的最小抑菌濃度分別為200 金黃色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus, S. aureus) 和700 ppm 大腸桿菌 (Escherichia coli, E. coli)，並較商業化的MgO NPs(分別為500和1000 ppm) 更低，並發現此與前者材料的超氧陰離子自由基釋放能力有關。膜的測試方面，含水熱法氮氣煅燒的MgO NPs膜在拉伸測試和抗菌性試驗結果皆比純CA膜有強化的效果且具有顯著性差異；含GA的膜對氧氣與水蒸氣穿透率皆比純CA膜下降且有顯著性差異。將CA/GA/MgO NPs三層複合膜測試生牛胸肉的保存效果，在48小時的抗菌試驗中，含MgO NPs複合膜與純CA複合膜之間的菌落數顯著減少，然生牛肉色差變化則以純CA複合膜變化最小。本研究成功以水熱法合成經氮氣鍛燒的奈米氧化鎂能產生較商業奈米氧化鎂高的自由基與抗菌性， 並證實其可改善純醋酸纖維膜的力學、熱穩定及對牛肉的抗菌特性，未來可以將此含奈米氧化鎂複合膜應用至其他食品的保存。