Do thực phẩm chứa lượng lớn độ ẩm, carbohydrate và các chất khác, chúng dễ bị hư hỏng trong những điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhất định, đồng thời tạo môi trường thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật. Sự nhiễm bẩn do vi sinh vật trong thực phẩm thường xảy ra trong quá trình đóng gói, vận chuyển và bảo quản. Bao bì nhựa từ lâu đã thống trị thị trường nhờ ưu điểm nhẹ, dễ tạo hình và chi phí thấp. Tuy nhiên, các loại nhựa thông dụng truyền thống như polyethylene và polypropylene lại có đặc tính kháng khuẩn kém, khả năng ngăn chặn yếu, chịu được thời tiết kém và khó phân hủy sinh học. Những nhược điểm này dễ dẫn đến hư hỏng và lãng phí sản phẩm, đồng thời góp phần gây ra “ô nhiễm trắng”. Theo số liệu ngành, tỷ lệ thất thoát sản phẩm do nhiễm vi sinh vật và hư hỏng oxy hóa trong bao bì thực phẩm vượt quá 15%, và các bao bì bảo vệ truyền thống không thể đáp ứng yêu cầu bảo quản và vận chuyển dài hạn cho các sản phẩm cao cấp. Việc sử dụng các vật liệu bao bì thực phẩm kháng khuẩn có thể giúp kiềm chế sự nhiễm bẩn do vi sinh vật ở một mức độ nhất định.
Ôxít kẽm là một loại nano vô cơ đa chức năng điển hình, kết hợp giữa tăng cường cấu trúc với các tính năng đa chức năng. Nó cũng thể hiện khả năng tương thích sinh học tuyệt vời và không độc hại đối với sinh vật sống, đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn cho vật liệu tiếp xúc thực phẩm và bao bì dược phẩm. Trong những năm gần đây, bằng cách biến đổi tổng hợp nano kẽm oxit với các ma trận polymer, người ta đã có thể đồng thời nâng cao khả năng ngăn chặn, tính kháng khuẩn và khả năng chống lão hóa của vật liệu bao bì.
Nano kẽm oxit sở hữu hoạt tính kháng khuẩn phổ rộng và có tác dụng ức chế, tiêu diệt mạnh mẽ các mầm bệnh thường gặp trong thực phẩm và môi trường như Escherichia coli, Staphylococcus aureus và nấm mốc, khiến nó trở thành thành phần chức năng cốt lõi của bao bì hoạt tính. Cơ chế kháng khuẩn của nó chủ yếu bao gồm ba tác động: Thứ nhất, hiệu ứng kích thước của các hạt nano cho phép chúng xâm nhập vào màng tế bào vi sinh vật, làm phá vỡ tính toàn vẹn của cấu trúc tế bào; thứ hai, dưới ánh sáng hoặc điều kiện ẩm, kẽm oxit tạo ra các loại oxy phản ứng như gốc hydroxyl và anion superoxide, chúng oxy hóa và phân hủy protein và axit nucleic của vi sinh vật, từ đó ngăn cản sự sinh sản của vi khuẩn; thứ ba, ion kẽm giải phóng chậm sẽ can thiệp vào hệ enzyme của vi sinh vật, chặn đứng các con đường sinh sản của vi khuẩn. So với các chất độn kháng khuẩn dựa trên bạc, kẽm oxit có giá thành thấp hơn, không gây kháng thuốc và chịu được quá trình xử lý ở nhiệt độ cao, phù hợp với các quy trình tạo hình nhiệt độ cao dùng trong màng bao bì và lớp phủ, đồng thời không gây nguy cơ về an toàn hay ô nhiễm cho sản phẩm bên trong.
Khả năng ngăn chặn oxy và hơi nước của vật liệu bao bì là yếu tố then chốt quyết định thời hạn sử dụng của sản phẩm bên trong. Các hạt nano kẽm oxit có thể hình thành một cấu trúc ngăn chặn dày đặc dạng lưới trong ma trận polymer, kéo dài quãng đường khuếch tán của các phân tử khí, làm giảm đáng kể hệ số thẩm thấu khí và hơi nước của màng bao bì, từ đó ngăn chặn hiệu quả quá trình oxy hóa và hư hỏng do độ ẩm gây ra cho sản phẩm bên trong. Đồng thời, kẽm oxit còn có khả năng chống tia UV tuyệt vời, hấp thụ bức xạ cực tím trong dải bước sóng từ 200–400 nm. Điều này ngăn chặn quá trình phân hủy quang học của các chuỗi polymer do bức xạ UV gây ra, giúp tăng cường đáng kể khả năng chịu thời tiết và chống lão hóa của vật liệu bao bì. Nó khắc phục được các vấn đề giòn gãy do phơi nắng lâu ngày và hư hỏng do oxy hóa khi ánh sáng xuyên qua trong các bao bì truyền thống, phù hợp với các tình huống vận chuyển ngoài trời và bảo quản dài hạn.
Trái cây tươi, rau củ, thịt và hải sản rất dễ bị hư hỏng do sự phát triển của vi sinh vật và các phản ứng oxy hóa; bao bì thụ động truyền thống có thời hạn sử dụng ngắn và tỷ lệ lãng phí cao. Bao bì hoạt tính được cải tiến bằng kẽm oxit đạt được khả năng giữ tươi lâu dài nhờ tính năng kháng khuẩn chủ động, khả năng ngăn chặn oxy và hơi nước, cùng với khả năng chống tia UV. Dữ liệu nghiên cứu cho thấy quả việt quất được đóng gói trong bao bì sinh học tổng hợp với kẽm oxit có thời hạn sử dụng dài hơn 29,1%, trong khi sự phát triển của vi sinh vật trong thịt heo và các loại thịt tươi giảm đáng kể, giúp kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm tươi. Đồng thời, loại bao bì này không chứa dư lượng chất bảo quản hóa học, mang lại độ an toàn cao hơn và đáp ứng nhu cầu thị trường về bảo quản thực phẩm tươi thân thiện với môi trường.
Với nhu cầu ngày càng tăng về bao bì thông minh và thân thiện với môi trường, bao bì chức năng được cải tiến bằng kẽm oxit sẽ tiếp tục phát triển và nâng cấp, thúc đẩy sự đổi mới và phát triển trong ngành công nghiệp bao bì.