随着纳米科学和生物技术的发展，抗菌纳米材料在食品工业中的应用日益增多，特别是在食品包装领域。这些材料能有效减少食品受到病原体污染的风险，延长食品的保质期，并减少在储存、运输和处理过程中微生物在食品容器表面的生长。

ALD技术应用

利用原子层沉积（ALD）技术，在商业化聚丙烯（PP）食品容器的内表面合成了钒（V）掺杂的TiO₂纳米薄膜。这种薄膜的合成是通过在PP容器上先沉积一层Al₂O₃，然后在此基础上生长TiO₂和V₂O₅，使用TiCl₄、VOCl₃和H₂O作为ALD前驱体。

涂层过程

研究人员进行了100个ALD循环来沉积10纳米厚的Al₂O₃薄膜，然后进行了250个ALD超循环来获得28纳米厚的TiVOx薄膜。ALD过程包括前驱体的剂量和纯化时间的精确控制，以确保薄膜的均匀性和一致性。

抗菌测试

为了测试抗菌涂层的效果，研究人员使用了新鲜生牛奶作为测试材料。将牛奶分别放入涂层和未涂层的PP容器中，并在4°C下储存，分别在3天、5天和9天后测定产品的污染水平。生牛奶的污染程度如图1所示。

图1 生牛奶的污染程度^[1]。

污染水平和钛和钒含量测定

通过测定嗜温和兼性厌氧微生物（MAnFAM）的数量来评估抗菌活性，这是食品微生物安全的关键指标之一。通过在营养琼脂上培养并计数生长的菌落来确定污染水平。使用原子发射光谱仪（AES）测定了在抗菌涂层PP容器中存放9天的牛奶中钛和钒的含量，以评估抗菌剂是否扩散到食品中。

实验结果

实验结果表明，与未涂层的PP容器相比，经过Al₂O₃ + TiVOx纳米涂层处理的PP容器在3天、5天和9天后，微生物污染水平分别降低了2.5倍、3.9倍和5.3倍。这表明纳米涂层能有效抑制细菌生长，减少牛奶中与病原体相关的微生物生长，避免食品腐败，延长食品保质期。

关键发现

（1）与未涂层容器相比，TiVOx涂层容器的抗菌效率在前3天约为60%，在5天内约为75%，在9天内约为80%。

（2）AL₂O₃预沉积增强了涂层与PP容器表面的附着力，提高了涂层的屏障性能。

结论

这项研究展示了通过ALD技术在食品容器上应用TiVOx纳米薄膜，能有效延长食品的保质期，并提高食品工业的安全性，改善食品质量，从而保护人类健康。这种新型抗菌包装材料的应用，有望减少对防腐剂的依赖，生产出更健康、更新鲜的食品。

参考来源：[1]Abdulagatov, Ilmutdin M., et al. "Antibacterial Food Packaging Nanomaterial Based on Atomic Layer Deposition for Long-Term Food Storage." Journal of Food Science and Technology 61.3 (2024): 596-606.