TiO2纳米颗粒与蓝刺头提取物协同增强巴兰胶-明胶生物纳米复合膜的制备及功能特性研究

为应对石化塑料污染问题，伊朗赞詹大学研究人员开发了含TiO2纳米颗粒和蓝刺头提取物(EE)的巴兰胶(BSM)-明胶生物纳米复合膜。研究发现7.5% EE浓度可显著降低水蒸气渗透率(WVP)至0.87×10-9 g·m-1·Pa-1·s-1，同时提升抗菌活性和抗氧化性(DPPH清除率达60%)，为食品包装和医用材料提供了环保解决方案。

　　

随着全球对石化塑料污染问题的日益关注，开发可降解的生物基材料成为研究热点。传统塑料虽然具有优异的机械性能和低廉的成本，但其不可降解性导致严重的环境问题。与此同时，天然生物聚合物如多糖和蛋白质虽具环保优势，却普遍存在机械强度弱、热稳定性差和阻隔性能不足等缺陷。如何通过纳米技术和活性成分的协同作用提升生物材料的综合性能，成为当前研究的重点方向。

针对这一挑战，伊朗赞詹大学农业学院食品科学与工程系的研究团队创新性地将TiO_{2纳米颗粒与药用植物蓝刺头(Echinops setifer)提取物(EE)结合，开发出新型巴兰胶(BSM)-明胶生物纳米复合膜。该研究系统评估了不同EE浓度(0-10% v/v)对薄膜性能的影响，相关成果发表在《Industrial Crops and Products》期刊上。}

研究人员采用超声辅助提取法制备BSM和EE，通过溶液浇铸法成膜，结合场发射扫描电镜(FESEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)等技术对材料进行表征。抗菌实验采用琼脂扩散法测试对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等微生物的抑制效果，并测定总酚含量(TPC)和DPPH自由基清除活性评估抗氧化性能。

形态学分析显示，EE浓度超过7.5%会导致薄膜表面粗糙度增加和微孔形成，但所有薄膜均保持结构完整性。FTIR证实EE中的酚类化合物与生物聚合物基质形成氢键，XRD显示TiO₂保持锐钛矿晶型。值得注意的是，EE的添加使玻璃化转变温度(Tg)从86.1°C降至75.1°C，同时断裂伸长率提升而弹性模量降低，表明EE具有塑化效应。

在功能性方面，10% EE使薄膜的DPPH自由基清除率超过60%，对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径达28.6 mm。阻隔性能测试显示，7.5% EE使水蒸气渗透率(WVP)和氧气渗透率(OP)分别降低19.4%和34.3%。此外，EE显著加速了薄膜的生物降解，含10% EE的薄膜在45天内完全降解。

这项研究首次将蓝刺头提取物与TiO₂纳米颗粒协同应用于BSM-明胶体系，创新性地解决了生物材料机械性能与功能活性难以兼顾的难题。特别值得注意的是，EE中的酚酸(如绿原酸、咖啡酸)与TiO₂产生独特的氧化还原协同效应，这为设计具有持续抗菌功能的活性包装提供了新思路。研究确立的7.5% EE最佳浓度，在阻隔性能、机械强度和生物活性之间实现了理想平衡，对开发适用于生鲜食品保鲜和医用敷料的环保材料具有重要指导意义。未来研究可进一步探索这些薄膜在实际食品体系中的保鲜效果，以及活性成分的迁移安全性，推动其产业化应用。