基于低共熔溶剂提取豌豆荚生物活性物质的琼脂可降解食品包装膜制备与功能表征

本研究针对传统塑料包装环境污染问题，创新性地采用天然低共熔溶剂（NADES）从豌豆荚（Pisum sativum）中提取酚类化合物，并首次将其整合至琼脂-甘油薄膜中。结果表明，NADES薄膜的拉伸强度提升106%（9.03 MPa）、水溶性降低38%，对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抑菌圈分别达20.4 mm和15.6 mm，奶酪保鲜实验中微生物数量降低2.85 log CFU/g。该研究为农业废弃物高值化利用和绿色食品包装开发提供了新范式。

　　

每年全球约2100万吨豌豆加工产生的30%荚壳废弃物，大多被简单丢弃或用作饲料，这种低效利用方式与可持续发展目标背道而驰。与此同时，传统塑料食品包装造成的白色污染触目惊心——它们需要数百年才能降解，而生产过程中释放的温室气体更是加剧了气候变化。如何将农业废弃物转化为高性能生物材料，成为破解资源环境双重困局的关键。在这一背景下，来自Samsun当地市场（土耳其）的豌豆荚壳引起了研究人员的注意：这些富含槲皮素（25.82 μg/g）、香豆酸（23.94 μg/g）等酚类物质的"垃圾"，是否可能变身为智能食品包装的"宝藏"？

传统有机溶剂提取法虽有效但污染严重，而新兴的天然低共熔溶剂（NADES）技术兼具绿色环保与高效提取双重优势。本研究创新性地将胆碱氯化物-乳酸NADES体系提取的豌豆荚活性成分，与琼脂（C₁₄
H₂₄
O₉
）和甘油（15-30%）复合制膜，通过LC-MS/MS（液相色谱-质谱联用）、FTIR（傅里叶变换红外光谱）等技术系统评估了薄膜的理化特性，并采用奶酪保鲜实验验证实际应用效果。

材料与方法
研究团队从土耳其Samsun市场获取新鲜豌豆荚废弃物，以胆碱氯化物-乳酸NADES（摩尔比1:2）为提取介质，对比传统甲醇提取效果。薄膜制备采用溶胶-凝胶法，通过SEM（扫描电镜）观察微观结构，TGA（热重分析）评估热稳定性，并参照标准方法测定抗菌活性和机械性能。

结果与讨论

1. 活性成分分析：NADES提取物含23.2 mg GAE/g总酚，虽低于甲醇提取组（118.6 mg GAE/g），但保留了更完整的生物活性。LC-MS/MS鉴定出槲皮素、香豆酸等关键成分。
2. 机械性能突破：含30%甘油的NADES薄膜拉伸强度达9.03 MPa，较对照组（4.37 MPa）提升显著，这归因于酚类物质与琼脂分子间的氢键交联。
3. 屏障功能增强：接触角测试显示NADES薄膜疏水性（75.75°）优于对照组（63.26°），水溶性降低38%，这与其表面能变化和交联密度增加有关。
4. 抗菌效能验证：对E. coli和S. aureus的抑菌圈分别达20.4 mm和15.6 mm，主要归功于槲皮素的膜破坏作用。
5. 实际保鲜验证：NADES薄膜包裹的奶酪储存7天后微生物载量（2.85 log CFU/g）显著低于未包裹组（>6 log CFU/g），证实其商业化潜力。

结论与展望
该研究首次实现NADES提取技术与琼脂基薄膜的功能集成，创建了"农业废弃物-绿色提取-高性能包装"的全链条解决方案。不仅使豌豆荚废弃物的附加值提升3-5倍，更推动食品包装行业向碳中和目标迈进。未来研究可优化NADES组分（如引入薄荷酸提升抗菌性），并探索其在智能标签领域的应用。这项工作为落实联合国SDG 12（负责任消费）和SDG 13（气候行动）提供了可复制的技术路径，其"以废治污"的理念或将重塑食品包装产业格局。