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  隨著塑料污染問題日益嚴重以及食品安全需求的提升，生物基材料作為傳統(tǒng)石油基塑料的替代品，受到了廣泛關注。陜西科技大學王學川教授與黨旭崗副教授近期提出了一種創(chuàng)新的玉米淀粉基可持續(xù)食品包裝材料（DC），該材料以天然玉米淀粉（CS）和羧甲基殼聚糖（CMCS）為原料，通過優(yōu)化合成工藝，成功開發(fā)出一種兼具機械性能、抗氧化活性、抗菌性能以及良好阻隔性能的多功能生物基包裝膜。這一研究成果發(fā)表于國際食品領域著名期刊《Journal of Colloid and Interface Science》，為食品保鮮和環(huán)保包裝提供了新的解決方案。

  該研究團隊通過將玉米淀粉與羧甲基殼聚糖結合，制備出具有良好水蒸氣阻隔性能、抗氧化活性、抗紫外線能力（吸收率超過99.8%）、耐水性和機械強度的DC薄膜。此外，DC薄膜還表現(xiàn)出顯著的抑菌和殺菌效果，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制率分別達到99.67±0.58%和99.83±0.29%。實驗結果表明，DC薄膜在室溫下可顯著延長新鮮水果的保質期，同時具備良好的生物降解性，在自然環(huán)境中能夠完全分解，減少環(huán)境污染。

圖1 淀粉基包裝膜材料的合成、性能對比和應用

  圖2展示了不同含量的包裝膜材料的圖像和紫外阻隔性能，當DCS基質中引入不同水平的CMCS和京尼平時，DC薄膜可以吸收幾乎所有的UV-A和UV-B輻射。這種增強可歸因于兩個因素：首先，DC薄膜的抗紫外線性受到其芳基環(huán)結構和DCS中的醛基的增強，從而擴展了共軛體系;其次，CMCS和京尼平摻入的更緊密交聯(lián)使復合膜變暗，降低透光率，并增強紫外線阻擋能力。

圖2 包裝膜材料的光學圖像（a）；紫外-可見透射光譜（b~c）、DC 薄膜的水接觸角 （d） 和 （e）；以及 DC 薄膜的溶漲率和溶解率（f）

  圖3詳細闡述了天然土壤中DC 薄膜降解的潛在機制。如圖 8（c） 所示，DC 薄膜降解后，蘿卜種子在土壤中比空白組生長得更好，這可能是由于 DC 薄膜的降解對土壤有施肥作用，從而促進了植物生長。因此，由于其可生物降解性，DC 薄膜有望成為新一代環(huán)保、可持續(xù)、可生物降解和先進智能包裝材料中的主要候選者。這項創(chuàng)新有可能有效解決傳統(tǒng)不可生物降解塑料帶來的廢物積累和環(huán)境污染問題。

圖3不同間隔的DC 薄膜生物降解圖像 （a）；天然土壤中DC 薄膜的生物降解機理 （b）；DC 膜降解后蘿卜種子在土壤中生長的圖像 （c）；直流薄膜降解的質量損失比（d）；以及蘿卜幼苗在含有DC 薄膜的土壤中的生長高度 （e）。

  圖4展示了包裝膜材料的保鮮性能，與對照組（空氣、PE塑料）相比。暴露在空氣中的草莓在整個貯藏期間重量減輕了65.94%。相比之下，用 PE 薄膜包裹的草莓和 DC 樣品表現(xiàn)出不同程度的失重（DC1、DC2、DC3 和 DC4，依次分別為 6.13 % 和 50.58 %、45.09 %、37.46 % 和 27.31 %）。在新鮮水果中觀察到的減重差異可歸因于 DC 薄膜的不同 WVTR。這些 WVTR 值受到配方中使用的殼聚糖和京尼平的特定比例的影響。

圖4 在室溫下用測試膜覆蓋的草莓外觀變化（a）;在室溫下用測試膜覆蓋的藍莓外觀的變化 （b）;在室溫下用測試膜覆蓋的圣女果外觀的變化（C）;草莓在不同時間間隔的失重 （d）;藍莓在不同時間間隔的失重 （e）;圣女果在不同時間間隔的失重（F）

  在本研究中，巧妙地結合了CS 良好的可食用和可生物降解特性、CMCS 良好的抗菌活性和 PEI 良好的成膜機械性能，成功合成了一種多功能的基于玉米淀粉的可持續(xù)食品包裝 （DC），該包裝具有良好的生物降解性、強大的機械性能、優(yōu)異的生物相容性、優(yōu)越的水蒸氣阻隔特性、顯著的抗氧化活性、抗紫外線性能以及抗菌和殺菌性能。DC 薄膜構建了具有動態(tài)共價網絡的 3D 交聯(lián)結構，平衡了機械強度和阻隔性能，以克服淀粉基薄膜的脆性和滲透性等缺陷。這些特性為高性能、環(huán)保和節(jié)能食品包裝解決方案領域的可持續(xù)發(fā)展鋪平了道路。

  該研究成果以“Versatile corn starch-based sustainable food packaging with enhanced antimicrobial activity and preservative properties”為題于近日發(fā)表于國際著名期刊Journal of Colloid and Interface Science。陜西科技大學碩士研究生韓松昱為該論文的主要完成人，通訊作者是陜西科技大學生物質與功能材料研究所黨旭崗副教授。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.137698