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为解决一次性塑料杯的环境危害与健康风险问题，研究人员以西瓜皮（WMP）废弃物为原料，结合氧化锌纳米颗粒（ZnO）和红球甘蓝提取物（RCE）开展可降解杯制备研究。发现 ZnO 和 RCE 可调控杯体性能，该研究为可持续包装提供新方向。
一次性塑料制品在日常生活中广泛使用，但其带来的环境问题日益严峻。传统塑料杯难以降解，不仅造成土壤和水源污染，其中的有害化学物质还可能通过食物接触进入人体，危害健康。此外，塑料垃圾对野生动物的生存也构成威胁，如何寻找环保、安全的替代品成为亟待解决的问题。在此背景下，开发基于天然废弃物的可降解材料成为研究热点。
来自相关研究机构的研究人员针对这一现状，开展了利用西瓜皮废弃物制备可降解一次性杯的研究。他们以西瓜皮（WMP）为主要原料，通过添加氧化锌纳米颗粒（ZnO）和红球甘蓝提取物（RCE）进行改性，制备出具有良好性能的可降解杯，并对其理化性质、结构特征和生物降解性等进行了系统分析。该研究成果发表在《Applied Food Research》上，为解决塑料污染问题提供了新的思路和途径。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过物理分离和粉碎将西瓜皮白色部分制成糊状；利用中央复合设计（CCD）设置不同 ZnO 和 RCE 添加比例，经机械混合和压制形成杯体；运用扫描电子显微镜（SEM）观察样品表面形貌，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析化学结构，X 射线衍射（XRD）检测晶体结构，热重分析（TGA）评估热稳定性，同时通过厚度测量、硬度测试、水溶性和溶胀率测定等评估材料物理性能，采用 DPPH 法测定抗氧化活性，土壤埋藏法测试生物降解性。
3.1 厚度和硬度
研究发现，随着 RCE 和 ZnO 含量增加，杯体厚度显著增加，其中 RCE 的影响更为显著。纯 WMP 杯硬度最高，而同时添加 ZnO 和 RCE 的样品硬度最低。ZnO 纳米颗粒的球形结构可能通过类似 “滚珠轴承” 效应增加聚合物链流动性，降低硬度；RCE 中的花青素则通过形成弱氢键削弱结构强度。
3.2 水溶性和溶胀率
ZnO 和 RCE 均会提高杯体水溶性，纯 WMP 杯因纤维与果胶间强相互作用水溶性最低。ZnO 通过氢键促进水分渗透，RCE 则因亲水花青素插入纤维间减少分子间键合。溶胀率随 ZnO 含量增加而降低，因其与聚合物基质作用减少水分渗透路径，这与水蒸气渗透率结果一致。
3.3 水分含量和水蒸气渗透率（WVP）
RCE 的亲水性使其含量增加导致水分含量上升，而 ZnO 纳米颗粒填充聚合物空隙，减少水分保留。同时，ZnO 和 RCE 的协同作用显著降低 WVP，纳米颗粒填充空隙形成复杂路径阻碍水蒸气扩散，与文献中纳米填料改善阻隔性能的结论相符。
3.5 扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）
SEM 显示纯 WMP 杯表面致密，添加 ZnO 后表面颗粒分布均匀，裂纹减少；RCE 使表面略粗糙，而 ZnO 与 RCE 复合样品裂纹最少，与 WVP 结果吻合。FTIR 证实样品中存在羟基、羰基等官能团，ZnO 的加入引入 Zn-O 键特征峰，表明各组分间存在静电相互作用。
3.6 X 射线衍射（XRD）和热重分析（TGA）
XRD 表明纯 WMP 杯呈半结晶结构，ZnO 和 RCE 的加入未显著改变结晶度，但复合样品出现更尖锐衍射峰，显示分子排列更有序。TGA 显示添加 ZnO 和 RCE 的样品热分解温度略有升高，纳米颗粒和提取物通过形成屏障或强分子键提升热稳定性。
3.7 抗氧化性能和生物降解性
纯 WMP 杯已具抗氧化活性，ZnO 和 RCE 的添加进一步增强，复合样品自由基清除率最高。生物降解性随 ZnO 含量增加而提高，因纳米颗粒催化水解反应；RCE 则因花青素与材料形成复合物或改变土壤 pH，抑制微生物降解作用。
研究表明，以西瓜皮废弃物为基材，结合 ZnO 纳米颗粒和红球甘蓝提取物制备的可降解杯，兼具良好的机械性能、抗氧化活性和可控的生物降解性。ZnO 可改善材料阻隔性和热稳定性，RCE 则增强抗氧化能力，尽管高含量 RCE 会降低降解性，但通过优化配比可平衡各项性能。该研究不仅为农业废弃物资源化利用提供了新途径，也为食品包装领域提供了环保、安全的塑料替代方案，对推动循环经济和可持续发展具有重要意义。未来可进一步优化配方，探索长期环境影响，促进该类材料的商业化应用。
