基于天然氨基酸醇酯与姜黄素改性的全生物基玉米淀粉 / 羧甲基纤维素抗菌抗氧化薄膜研究

为解决传统食品包装薄膜中合成抗菌剂造成的生态污染问题，研究人员以玉米淀粉（CS）和羧甲基纤维素（CMC）为基质，氨基酸天然醇酯（NAEAAs）和姜黄素（Cur）为添加剂制备复合薄膜。结果显示复合薄膜抗菌、抗氧化性能良好且生物相容性佳，为绿色包装材料开发提供新思路。

　　在食品包装领域，传统的包装材料如聚烯烃和聚酯等，大多是不可再生且难以降解的。这些材料在使用后产生的大量废弃物，给环境带来了沉重的负担，成为了环境污染的一大源头。同时，在食品保存过程中，微生物污染和氧化是导致食品品质下降的两大主要因素。为了抑制微生物生长和减缓食品氧化，人们常常会在食品包装中添加抗菌剂和抗氧化剂。然而，传统的抗菌剂，无论是金属及金属氧化物，还是有机化合物，在包装材料废弃后，其残留成分很难在环境中分解。长期积累下来，不仅会造成水污染，还会破坏微生物群落平衡，甚至诱导细菌产生耐药性。

在这样的背景下，来自国内的研究人员决定开展一项研究，旨在开发一种全生物基、环保、生物相容性好且可降解的食品包装材料，同时让这种材料具备出色的抗氧化和抗菌性能。最终，研究人员成功合成了两种氨基酸天然醇酯（NAEAAs）——L-Trp-Men 和 L-Trp-Bor，并制备出以玉米淀粉（CS）和羧甲基纤维素（CMC）为基质，NAEAAs 为抗菌活性成分，姜黄素（Cur）为抗氧化剂的多功能复合薄膜。研究发现，含有 2 wt% 添加剂的 CS/CMC/Men2/Cur2 复合薄膜，对大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的广谱抗菌效率近乎 100%，对 DPPH 自由基的清除率达到 45.69 ± 1.39%。此外，细胞毒性测试证实了 NAEAAs 具有优良的生物相容性，它在水解后会变成氨基酸和天然醇，极大地减少了对环境的污染。这一研究成果发表在《Carbohydrate Polymers》上，为绿色、无污染、可再生的生物基食品包装材料的开发开辟了新途径。

研究人员在此次研究中用到了多种关键技术方法。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和 X 射线衍射方法对基于 CS/CMC 的复合薄膜进行分析。利用双稀释技术评估 NAEAAs 对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的最小抑菌浓度（MICs），以此探究其抗菌性能。借助 FT-IR、1^H NMR 和 13^C NMR 分析来确认 NAEAAs 的合成是否成功。

下面来详细看看研究结果：

• NAEAAs 的合成与表征：通过特定的酯化反应合成了 NAEAAs，其合成路径在研究中有所展示。借助 FT-IR、1^H NMR 和 13^C NMR 分析，从结构层面证实了 NAEAAs 成功合成，相关详细内容在补充信息中有阐述。
• NAEAAs 的抗菌性能和生物相容性：研究重点对 NAEAAs 的抗菌和抗生物膜特性进行了探究。运用双稀释技术测定其对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的最小抑菌浓度（MICs），结果显示 L-Trp-Men 和 L-Trp-Bor 对包括金黄色葡萄球菌（S. aureus）、枯草芽孢杆菌（B. subtilis）、粪肠球菌（E. faecalis）、大肠杆菌（E. coli）和铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）在内的五种菌株的 MICs 均低于 10 μg/mL，展现出显著的广谱抗菌性能。同时，细胞毒性测试表明 NAEAAs 具有良好的生物相容性，因其水解产物为环境友好的氨基酸和天然醇，这一特性使其在食品包装应用中更具优势。
• 复合薄膜的性能：制备了含有不同浓度 NAEAAs 和姜黄素（Cur）的 CS/CMC 复合薄膜。实验数据表明，CS/CMC/Men2/Cur2 复合薄膜表现卓越，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效率接近 100%，实现了高效抗菌；其 DPPH 自由基清除率为 45.69 ± 1.39% ，具备一定的抗氧化能力，能有效延缓食品氧化变质，延长食品保质期。

综合来看，研究人员成功合成了两种氨基酸天然醇酯（NAEAAs），并制备出性能优良的复合薄膜。L-Trp-Men 和 L-Trp-Bor 展现出显著的广谱抗菌和抗生物膜特性，这得益于其质子化的 - NH?基团，它能够与细菌细胞膜相互作用，破坏细胞膜结构，从而抑制细菌生长。在复合薄膜体系中，以 CS 和 CMC 为基质，配合 NAEAAs 和 Cur，实现了全生物基、可持续、环保且无污染的目标。该研究成果意义重大，不仅为解决传统食品包装材料带来的环境问题提供了有效方案，还为生物基食品包装材料的发展指明了新方向，推动了绿色食品包装领域的技术进步，有望在未来食品包装行业得到广泛应用，助力实现可持续发展的目标。