随着塑料的大量广泛使用，石油资源枯竭和环境问题的出现引起了严峻的可持续挑战。环境和消费者的关注促进了生物基材料的发展，使用可再生资源来开发生物基包装材料，可以产生较小的碳足迹，减少对环境的影响，提高消费者的接受度，保持包装物品的阻隔性和保质期，并允许可持续发展。因此，开发绿色安全、可生物降解的包装薄膜作为不可生物降解塑料包装的替代品具有重要意义，相关研究成果发表于国际食品领域著名期刊Food Chemistry。
最近， 陕西科技大学王学川教授与党旭岗副教授 报告 了 一种应用于食品保鲜的生物质基多功能薄膜。该工作巧妙地利用明胶(G el )良好的成膜性、可食用性和可生物降解性，以及氧化玉米淀粉基非离子生物聚合物（O CSI ） 优异的抗菌活性 、不可浸出性 和生物 相容性，成功制得具有良好机械性能、生物相容性、水蒸气阻隔性能、抗氧化活性、抗紫外线性能、耐水性和抗菌杀菌特性的新型生物质基多功能抗菌包装膜（G -OCSI ）。同时， G-OCSI在自然环境中具有良好的生物降解性，并能明显加速作物生长。 此外，香蕉 保鲜实验证实G-OCSI可显著延长香蕉在室温下的保质期 至少3天 。可生物降解包装膜不仅实现了天然生物质资源的可持续利用，而且具有替代传统石油基塑料的潜力。
图2展示了G -OCSI 的合成示意图以及不同O CSI 含量对G -OCSI 理化性质的影响。不同O CSI 含量对G -OCSI 的影响主要体现在薄膜的结晶度、交联程度和热稳定性等方面，其中 G-OCSI0.25 具有良好的交联程度和热稳定性。
图2 G-OCSI的合成路线示意图（a），傅立叶变换红外光谱（b），XRD光谱（c），XPS全谱和高分辨率XPS C 1s和N 1s光谱（d-j），Gel膜和G-OCSI的TGA曲线（k），DTG曲线（l）和DSC曲线（m），以及G-OCSI0.25、G-OCSI0.5和G-OCSI2的DSC曲线（n）。
图3展示了不同含量的O CSI 对G -OCSI 功能特性的影响。G -OCSI0.25 显示出良好的耐水性（ WCA: 122.30 ° ）、机械性能、水蒸气阻隔性能、抗氧化活性（ DPPH RSA: 85.84% ）以及优异的紫外线阻隔性能（ UV blocking >99.9% ）、抗菌性能（ Inhibition zone diameter > 15.00 mm ）、生物相容性。可见，Gel与O CSI 的交联改性有效改善了Ge l 膜的 耐水性差、 质地脆，以及 OCSI 成膜力学性能不足的缺陷，赋予了G -OCSI 多功能特性。
图 3 Gel膜和 G-OCSI 的水接触角（a）,溶胀率和水溶率（b），拉伸性能（c-d）、紫外-可见光透射光谱（e），UV-A（320-400 nm）和UV-B（280-320 nm）阻隔性能（f），水蒸气渗透性（g）和抗氧化性能（h）；OCSI 的最低抑菌浓度（i），G-OCSI 的抑菌圈直径（j），圆盘扩散试验的培养皿图像（k），其中，OCSI 的最低抑菌浓度（I和 I'），G-OCSI 的抗菌效果（II和 II'），DMF 用于对照实验。E. coli 和S. aureus 在Gel膜和G-OCSI上培育的SEM图像（i）；CHL细胞在G-OCSI浸提液中的细胞活性（m）和荧光显微镜图像（n）。
图4展示了G -OCSI 在天然土壤中的生物降解性。与Gel膜、G -OCSI0.33 、G -OCSI0.5 和G -OCSI1 相比，G -OCSI0.25 的完全可生物降解需要更多时间( >5 周)，这可能是因为G -OCSI0.25 的结构更致密、溶胀率更低，并且其良好的抗菌性能降低了微生物的活性，导致相同时间内的生物降解速度较慢。此外，油菜种子在G -OCSI0.25 降解后的土壤中生长状态优于对照组（Gel膜），可能原因是G -OCSI0.25 降解后对土壤有增肥作用，从而促进植物生长。
图4 不同间隔时间的Gel膜和G-OCSI的生物降解图像(a)；天然土壤中G-OCSI的生物降解机制(b)；油菜种子在Gel膜和G-OCSI0.25降解后土壤中的生长图像(c)。
综合研究了 G-OCSI 的微观结构、热稳定性、机械性能、水蒸气阻隔性、抗菌性、抗氧化性和生物降解性。筛选出性能优越的 G-OCSI0.25 ，进一步分析了将其用作香蕉保鲜包装的前景。图5展示了覆盖有G el膜、 P E塑料和 G -OCSI0.25 的PE杯包装的香蕉在储存期间的外观变化和质量变化，与对照组（空气、Gel膜、P E 塑料）相比，G -OCSI0.25 显著延长了香蕉的保质期至少3天，表明了G -OCSI 是一类具有实用价值的水果保鲜材料。
图5 室温下覆盖有测试薄膜的香蕉的外观变化(a)；不同间隔时间香蕉的重量损失(b)；Gel膜和G-OCSI0.25的外观变化(c)。
该研究成果以“ Engineering eco-friendly and biodegradable biomass-based multifunctional antibacterial packaging films for sustainable food preservation ” 为题于近日发表 于国际著名期刊F ood Chemistry （D OI: 10.1016/j.foodchem.2023.138119 ）。 陕西科技大学硕士研究生 杜永梅 为该论文的主要完成人， 通讯作者是陕西科技大学生物质与功能材料研究所党旭岗副教授 。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.138119
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