基于明胶/双醛淀粉-AgNPs@MXene复合膜的活性食品包装材料开发及其抗菌保鲜机制研究

【编辑推荐】针对明胶(GEL)基食品包装膜机械强度差、水敏感性高、气体阻隔性不足及缺乏抗菌功能等问题，研究人员通过引入双醛淀粉(DS)和银纳米颗粒负载MXene(AgNPs@MXene)，构建了具有协同抗菌效应的复合膜。该材料使拉伸强度提升96.33%、断裂伸长率增加391.59%，水蒸气/氧气渗透率降低超70%，对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)抑菌率>90%，在松茸和猪肉保鲜中展现出优异应用潜力，为可持续活性包装提供了新策略。

　　

在全球塑料污染危机背景下，不可降解的石油基包装材料导致的微塑料污染已严重威胁生态系统安全。虽然生物可降解的明胶(GEL)因其成膜性和食用安全性被视为理想替代品，但其固有的机械性能差、遇水易溶胀、气体阻隔性弱等缺陷极大限制了实际应用。更严峻的是，食源性致病菌引发的食品安全事件频发，传统包装缺乏主动抗菌功能。如何通过绿色改性技术同时解决机械性能、环境稳定性和抗菌功能的协同提升，成为食品包装领域的关键科学难题。

针对这一挑战，来自云南的研究团队创新性地将双醛淀粉(DS)和银纳米颗粒负载MXene(AgNPs@MXene)引入明胶基质，开发出多功能复合薄膜。该研究发表于《Food Chemistry》，通过DS的醛基与明胶氨基的席夫碱反应构建交联网络，同时利用MXene二维材料的高比表面积稳定负载AgNPs，结合MXene的光热转换特性，实现了材料力学性能、屏障功能和抗菌活性的协同突破。实验证实，最优配比的GEL/DS/AgNPs@MXene-5膜不仅机械性能显著提升，对水蒸气/氧气的阻隔效率超70%，更通过AgNPs释放和近红外光热效应的双重杀菌机制，实现对常见食源性病原菌>90%的抑制率。在松茸和猪肉保鲜实验中，该材料有效延缓了微生物滋生和品质劣变，其生物可降解特性更符合可持续发展理念。

关键技术方法
研究采用溶液浇铸法制备复合膜，通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证DS与GEL的交联反应，X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)表征AgNPs@MXene的纳米结构。力学性能通过拉伸试验评估，水接触角测试表征疏水性，采用称重法测定水蒸气透过率(WVP)，通过平板计数法评价抗菌活性。迁移实验参照GB 31604.8-2016标准，土壤埋藏实验评估生物降解率。

研究结果

1. 材料表征：FTIR显示DS在1731 cm^-1
   出现特征羰基峰，证实醛基成功引入；TEM显示AgNPs均匀分布在MXene片层上，粒径约15 nm。

2. 理化性能：含5 wt% AgNPs@MXene的复合膜拉伸强度达48.7 MPa，断裂伸长率提升至291.6%，水溶性降低62.33%，氧气透过率减少71.13%，紫外屏蔽率超95%。

3. 抗菌性能：对S. aureus和E. coli的抑菌圈直径分别为18.3 mm和16.8 mm，近红外光照下因MXene光热效应使抑菌率进一步提升12%。

4. 安全性与降解性：银迁移量低于0.01 mg/kg，土壤中60天降解率达82.4%，显著优于传统塑料。

5. 保鲜应用：包装松茸7天后，菌落总数较对照组降低2.3个数量级；猪肉TVB-N值维持在15.2 mg/100g，符合鲜肉标准。

结论与意义
该研究通过绿色改性策略成功构建了GEL/DS/AgNPs@MXene多功能复合膜，其创新性体现在：①利用可再生的DS作为交联剂，避免了传统醛类试剂的毒性问题；②通过MXene二维材料负载AgNPs，既解决了纳米颗粒团聚问题，又引入光热辅助杀菌新机制；③在保持生物可降解性的同时，实现了力学、屏障和抗菌性能的协同优化。这项技术为开发下一代活性食品包装提供了重要参考，其设计思路可拓展至其他生物基材料体系，对减少食品浪费、保障食品安全具有重要实践价值。