基于壳聚糖和低共熔溶剂的抗菌可降解食品包装薄膜：番茄叶提取物的双重功能应用

为解决合成聚合物包装的环境污染问题，研究人员创新性地将番茄叶提取物与低共熔溶剂(DES)结合，开发出兼具抗菌性和机械性能的壳聚糖基薄膜。研究表明，含胆碱氯化物-乳酸-甘油的ExD(CGL)薄膜断裂伸长率达48%，对金黄色葡萄球菌抑菌率达87.1%，葡萄保鲜实验证实其显著延长食品保质期。该研究为可持续包装材料开发提供了新思路。

　　

随着全球塑料污染问题日益严峻，食品包装领域亟需开发环保替代材料。欧盟2020年塑料消费量达5650万吨，但回收能力仅1100万吨，凸显传统塑料的不可持续性。壳聚糖(Chitosan)作为天然多糖，虽具生物降解性和抗菌性，但机械强度和功能性不足制约其应用。近年来，低共熔溶剂(Deep Eutectic Solvent, DES)因其可设计性和绿色特性，在生物材料领域崭露头角。

针对这一挑战，波兰西里西亚工业大学的研究团队创新性地将DES与农业废弃物番茄叶提取物结合，开发出多功能壳聚糖薄膜。研究通过将DES同时作为塑料增韧剂和生物活性成分提取介质，实现"一石二鸟"的效果。相关成果发表在《Industrial Crops and Products》上，为可持续食品包装提供了新范式。

研究采用三大关键技术：1) 以胆碱氯化物-乳酸-甘油体系制备DES并提取番茄叶多酚；2) 流延成膜法制备含30% DES/ExDES的壳聚糖薄膜；3) 综合评估薄膜机械性能(Instron测试机)、气体渗透性(等压法)、抗菌性(抑菌圈和LIVE/DEAD染色)等指标，并通过葡萄保鲜实验验证实际应用效果。

【机械性能】
含DES的薄膜断裂伸长率(EB)较纯壳聚糖薄膜(4.56%)提升10倍，其中D(CGL)薄膜达56%。而含提取物的ExD(CGL)薄膜在保持48% EB的同时，拉伸强度(TS)达26.56 MPa，优于传统甘油增塑薄膜(17.13 MPa)。这种"高强高韧"特性源于DES组分与壳聚糖分子间的氢键作用。

【亲水性与阻隔性】
DES改性薄膜表现出可控的亲水性，接触角最低达65.3°。特别值得注意的是，含乳酸DES的薄膜展现出优异的气体阻隔性，ExD(CL)的氧气透过率(OP)仅0.040 cm²·24 h^-1·atm^-1，二氧化碳透过率(CDP)为0.052 cm²·24 h^-1·atm^-1，较对照组降低40%。水蒸气透过率(WVP)测试显示，DES能有效抑制水分迁移，这与SEM观察到的致密微观结构相符。

【抗菌性能】
ExD(CGL)薄膜对革兰阳性菌表皮葡萄球菌(S. epidermidis)的抑菌圈达11.3 mm，表面细菌死亡率达87.1%。共聚焦显微镜显示，薄膜能有效破坏细菌膜完整性。这种抗菌性主要源于番茄叶中的芦丁(Rutin, 6.2 mg/g)、绿原酸(Chlorogenic acid)等酚类物质，以及DES中乳酸的协同作用。

【实际应用验证】
10天葡萄保鲜实验中，ExDES薄膜包装的葡萄失重率较对照组降低50%，外观保持良好。相比之下，未包装葡萄出现明显皱缩，证实薄膜具有延长食品货架期的潜力。

该研究创新性地将农业废弃物资源化利用与绿色溶剂技术结合，开发的DES/壳聚糖复合薄膜兼具优异的力学性能、可控的阻隔性和显著抗菌效果。其突破性体现在三方面：1) 通过DES双重功能设计，简化生产工艺；2) 首次系统评估番茄叶提取物在食品包装中的应用价值；3) 建立从材料性能到实际应用的完整验证链条。研究为替代传统塑料包装提供了切实可行的解决方案，同时契合欧盟可持续发展目标，具有重要的环境效益和产业化前景。未来研究可进一步优化DES配方，拓展至其他农产品副产物的高值化利用。