近日，四川农业大学理学院新型生物质基复合材料创制与应用团队吴贺君副教授在国际权威期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院分区化学1区Top，IF = 8.200）在线发表题为“Incorporation of cellulose nanocrystals to improve the physicochemical and bioactive properties of pectin-konjac glucomannan composite films containing clove essential oil”的研究论文。吴贺君副教授为第一兼通讯作者，博士研究生王小雪为论文共同第一作者。论文研究得到四川省科技计划项目、四川农业大学学科建设双支计划项目以及大学生创新创业训练计划项目等资助。

研究背景

当前，可降解的生物质基活性包装材料的研发与应用正成为食品包装等领域的研究热点之一。以果胶（Pectin，以下简称PEC）和魔芋胶（konjac glucomannan，以下简称KGM）为代表的天然多糖由于其低成本、可生物降解和安全可食等优点，是制备新型可食/可降解食品包装膜的理想基质原料。但多糖属于亲水性物质，单一的成膜基质存在阻水性、机械性能差、缺乏功能活性等问题。因此，可以通过添加一些纳米材料和/或功能因子来强化多糖，以改善薄膜性能并扩大其在包装领域的应用。

丁香精油（Clove essential oil，以下简称CEO）作为一种天然的活性物质，被公认为安全的（GRAS）食品添加剂，可以直接添加到成膜基质中，以赋予其良好的抗菌活性。然而，由于植物精油的不稳定性、疏水性和易挥发性限制了在薄膜中的应用。近年来，纤维素纳米晶（Cellulose nanocrystal，以下简称CNC）作为一种新型的天然纳米填料，已被添加到包括多糖在内的多种成膜基质内，以增强所得薄膜的机械性能、热稳定性和阻隔性能等。因此，发挥CNC与CEO的协同增效作用，可能是一种制备新型高性能多糖基活性复合膜的有效策略，但现有研究还较少。

基于此，本研究以相容性良好的PEC和KGM作为复合成膜基质，以CEO作为天然抗菌剂，以CNC作为纳米增强剂，制备了一种新型多糖基活性复合膜。主要研究CNC添加量对复合膜形貌、光学、机械、阻隔、抗菌及缓释性能的影响。此外，通过复合膜对巨峰葡萄的包装保鲜实验，评估其在食品包装领域中的潜在应用。

结论与展望

本研究将CNC掺入含有CEO的PEC/KGM基质中，通过流延成膜法成功制备了新型多糖基活性纳米复合膜。研究结果表明，CNC的加入增强了复合膜基质间的氢键相互作用，从而显著改善了复合膜的机械和阻隔性能。当CNC的添加量为15%时，复合膜具有相对优异的综合性能，其拉伸强度提高了72.58%，水蒸气透过率降低了41.62%。更重要的是，抗菌、缓释及其动力学模拟实验证明，添加15%的CNC能够进一步减缓CEO在薄膜中的释放速率，从而延长薄膜的抗菌活性。在保鲜实验中，含15% CNC的复合膜包装组葡萄在25 °C储存9天后，与其他各组相比，重量损失率、可溶性固形物和pH含量最低，硬度最高。这表明所开发的多糖活性复合膜能有效地降低葡萄采后储存过程中的呼吸速率，延缓葡萄的成熟过程，展现了在果蔬保鲜等食品包装应用方面的良好应用前景。

图1 论文图文摘要

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129469