การพัฒนาวัสดุนาโนที่ยับยั้งจุลินทรีย์ สำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร

Abstract

This research aims to develop the antimicrobial nanomaterial for food packaging. The titanium dioxide (TiO2) nanoparticles were used to coat on the surface of four different food packaging materials including Polyvinyl chloride (PVC), Polystyrene (PS), Poly (vinylidene chloride) (PVDC), and Polyethylene Terephthalate (PET). The TiO2 gel was synthesized by sol-gel method; titanium isopropoxide and acetic acid in a ratio of 1:1.67 w/w%. Then, the TiO2 gel was coated on food packaging by doctor blade and UV curing techniques for 3 hours. The significant advantage of UV curing technique was that the TiO2 thin film was slowly formed on the material surface with no high temperature. According to physical and chemical properties analysis of four TiO2 coated food packaging, the TiO2 thin film was anatase phase and its band gap energy was 3.32 eV. The elements of Ti4+, O2- and C were observed in the thin film with Ti-O-C bonding, however the PET contained the highest Ti and O compositions. In addition, the contact angle and hydrophilic property of food packaging were enhanced by increasing UV-A irradiation times during photocatalysis process. The persistence of TiO2 thin film was relatively high; the film peeling off was observed after centrifuging at 10,000 rpm, 20 min/cycle and 15 cycles. Furthermore, the four TiO2 coated food packaging can inhibit the growth of E. coli and S. typhimurium, by 99% from 30 min under UV-A irradiation. However, the PET obtained the best antibacterial ability rather than others materials.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาวัสดุนาโนที่ยับยั้งจุลินทรีย์ สำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร โดยผู้วิจัยเลือกใช้อนุภาคนาโนของไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เคลือบเป็นฟิล์มบางบนบรรจุภัณฑ์อาหาร 4 ชนิดที่ทำจากวัสดุพอลิเมอร์ต่าง ๆ ได้แก่ Polyvinyl chloride (PVC), Polystyrene (PS), Poly (vinylidene chloride) (PVDC), และ Polyethylene Terephthalate (PET) การสังเคราะห์ไททาเนียมไดออกไซด์ใช้วิธีโซล-เจล (Sol-Gel method) โดยใช้สาร ไททาเนียมไอโซโพรพรอกไซด์และกรดอะซิติกในอัตราส่วน 1:1.67 w/w% จากนั้นเคลือบเจลไททาเนียมไดออกไซด์บนบรรจุภัณฑ์อาหารด้วยไม้ยางปาด และใช้เทคนิคการเคลือบแบบยูวีเคียวเป็นเวลา 3 ชั่วโมง เพื่อให้เจลไททาเนียมไดออกไซด์แห้งเป็นผลึกติดบนพื้นผิวของบรรจุภัณฑ์อาหารอย่างช้า ๆ ด้วยแสงอัลตราไวโอเลตซีแทนการใช้ความร้อนสูง จากผลการวิเคราะห์สมบัติทางฟิสิกส์และเคมีด้วยเครื่องมือวิเคราะห์ขั้นสูง พบว่า ฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์ที่เคลือบบนบรรจุภัณฑ์ทั้ง 4 ชนิด เป็นโครงร่างผลึกแบบอนาเทส ระดับช่องว่างแถบพลังงาน 3.32 eV และพบธาตุ Ti4+, O2- และ C เป็นองค์ประกอบ โดยพันธะที่เกิดขึ้นเป็นแบบ Ti-O-C ทั้งนี้ วัสดุ PET พบธาตุ Ti และ O มากที่สุด นอกจากนี้บรรจุภัณฑ์อาหารที่เคลือบด้วยฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์ มีมุมสัมผัสน้ำและความชอบน้ำเพิ่มขึ้นตามระยะเวลาที่ฉายแสงอัลตราไวโอเลตเอ ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาโฟโตคะตะไลสิส ฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์ที่เคลือบบนวัสดุพอลิเมอร์มีความคงทนติดแน่นสูง โดยเริ่มตรวจพบการหลุดลอกของฟิล์มบางภายหลังการปั่นเหวี่ยงด้วยความเร็วรอบ 10,000 rpm เป็นเวลา 20 นาทีต่อรอบ จำนวน 15 รอบ และผลการทดสอบประสิทธิภาพในการยับยั้งจุลินทรีย์ E. coli และ S. typhimurium พบว่า บรรจุภัณฑ์อาหารทั้ง 4 ชนิดที่เคลือบด้วยฟิล์มบางไททาเนียมได-ออกไซด์สามารถยับยั้งจุลินทรีย์ได้ 99% ภายใต้การฉายแสงอัลตราไวโอเลตเอเป็นเวลาตั้งแต่ 30 นาที โดยวัสดุพอลิเมอร์ PET ให้ประสิทธิภาพในการยับยั้งจุลินทรีย์ได้สูงสุด และเร็วที่สุด