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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新的玉米淀粉基可持續食品包裝材料（DC），該材料以天然玉米淀粉（CS）和羧甲基殼聚糖（CMCS）為原料，通過優化合成工藝，成功開發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，在自然環境中能夠完全分解，減少環境污染。

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保、可持續、可生物降解和先進智能包裝材料中的主要候選者。這項創新有可能有效解決傳統不可生物降解塑料帶來的廢物積累和環境污染問題。

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、優異的生物相容性、優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共價網絡的 3D 交聯結構，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、環保和節能食品包裝解決方案領域的可持續發展鋪平了道路。

  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