纳米二氧化钛(TiO2)光催化技术的作用原理及应用价值

   发布日期:2023-01-23 14:16:31     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:104    评论:0    
核心提示:其中,纳米二氧化钛(TiO2)光催化(TPC)技术因具有高抗菌活性、无毒、环保、高化学稳定性和低成本的特点而具有广泛的市场前景和应用价值。倩*等人简述了TPC技术作用原理,包括其光催化机制和抑菌机理,综述了其在食品包装方面应用,最后对提高TPC技术的光活性进行了讨论,以期为食品包装方面的研究提供一定的理论依据。3、TPC技术的抑菌机制因此,提高TPC技术的光活性是催化领域研究的热点。

随着工业的演进和新兴科技的更迭,非热技术应运而生,成为制品存放冷冻的常见形式。非热技术在灭活微物理和酶的同时确保了产品的质量,减少了肉类中防腐剂的使用,具有很大的行业需求。目前,新型非热技术主要有高静水压、臭氧、脉冲磁场、γ辐射、低温等离子体和光催化技术。其中,纳米二氧化钛(TiO2)光催化(TPC)科技因具备高抗菌活性、无毒、环保、高化学稳定性和低成本的特征而带有广泛的行业前景和应用价值。

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东北农业学校食品学院的扈莹莹、李其轩、陈倩*等人探讨了TPC技术作用机理,包括其光催化体系和抗炎特性,综述了其在食品包装方面应用,最后对提升TPC技术的光活性进行了讨论,以期为食品包装方面的研究提供一定的理论根据。

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1、TPC技术概述

TPC技术是一种运用半导体将光能转变为物理能的科技。半导体在光催化作用下出现电子的转移和跃迁,是催化剂及内壁吸收物多相之间的光化学反应。

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2、TPC技术作用机理

光催化是一种非均相反应,是出现在催化剂表面,加速催化剂将光能转换为物理能的过程食品包装技术月考1,包括促使、氧化还原反应和重组过程,并可以推动催化剂的费米能级与表层吸附剂之间的电位平衡。TiO2属于n型半导体,具有光敏导电性、氧化能力强、化学性质稳定、能耗低、耐腐蚀、安全无毒等特征,表面大个别是氧空位,可以被觉得是不成对的电子,利于转移。

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3、TPC技术的抑菌机制

紫外光照射下,体系内形成的ROS与细菌接触(方法1);但是对细胞壁脂甾醇层和肽核酸层的位点进行攻击,脂质膜的巯基化并且蛋白质膜上的最后氧化造成细菌膜损坏(方法2);细胞渗透性逐渐降低,导致病毒细胞中的离子和小分子物质泄漏,该方法不可逆地破坏了细胞功能,直接增加细胞活力(方法3);最终,细胞组分降解,通常与细胞膜的多不饱和磷脂组分的过氧化有关(即必需细胞功能的失去),导致细胞死亡(方法4)。

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4、在食品包装中的应用

TiO2在催化过程中带有较强的抑菌作用,不会随着细胞死亡和自身损耗而增加,不仅可以成为半导体材料形成光电效应,也可用于糖果、调味品和这些粉状食品,特别是其可直接用于与饮料接触的包装材料,如盒子、牛奶盒和包装箔等,同时也应用在农产品的表层消毒和收获后的病症控制等方面。因此,可选用TPC技术灭活食品中的微生物来保证其品质安全。

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5、提高TPC技术的光催化活性策略

虽然TPC技术在太阳能转换、抗菌和制品包装等方面已受到了应用,但鉴于科技的反应能力受这些原因妨碍,如TiO2晶体结构、晶格缺陷、镜面状态等,并且其光谱响应与禁带宽度有关,TiO2的禁带宽度较宽,只有低于或等于半导体禁带宽度的光线照射能够促使其电子的跃迁,产生光催化作用,因此一般选用波长较短的紫外线而不是波长较长的红外线或太阳光,产生的电子和空穴在催化剂的表层或外部极易复合(约90%)等,这些弊端极大地限制了它在光催化领域的应用。因此,提高TPC技术的光活性是催化领域研究的热点。对TiO2进行改性或与其它科技的结合使用,可有效提高光催化效率,使其高效地应用在食品等各个领域。目前,常运用的改性原则有复合半导体、掺杂金属离子和沉积改性等,也可与膜分离科技、超声技术、高压技术等结合使用。

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6、安全性评价

TiO2作为饮料添加剂可以用于糖果、油炸零食、可可制品、糖果和咖喱酱等,但是常规微米级TiO2是微溶低毒的,一些研究表明纳米TiO2的毒性明显低于微米级TiO2。食品包装的主要目的是避免制品被微生物等污染,延长肉类的保质期,但是肉类包装材料原本的品质安全难题不容小觑。因此必须对纳米TiO2进行安全性评价,主要从迁移研究和毒理学探究两方面进行。

结语

之后可从下面几个方应对TPC技术进行深入探究:一是增加TPC技术作用强度方面,如何提升光效率,尤其是怎样运用太阳光或可见光,如何诱导电子和空穴的复合;二是扩大TPC技术对固体表层消毒处理的范围,包括食物和水果的表层清洗,肉类和食品产品或者蛋壳的表层消毒;三是降低TPC技术对制品感官及质量的妨碍,包括对抗氧化剂、脂质氧化、质地和形状差异或者气味和味道产生的破坏性制约;四是确立TiO2包装制品是否具备毒副作用,包括在体外和体内的进一步研究,而且大多数迁移研究都使用模拟物的方法,应重视纳米微粒向实际食物中迁移的研究。

本文《纳米二硫化物光催化技术抑菌机制以及在食品包装中的应用研究进展》来源于《食品科学》2019年41卷3期232-238页,作者:扈莹莹,李其轩,刘昊天,孔保华,陈倩。DOI:10.7506/-6630--139。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

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