基于芒果加工废料提取纤维素与淀粉的可降解薄膜制备及性能研究

本研究针对农业废弃物资源化利用难题，创新性地从芒果加工废料（果核与种皮）中提取淀粉和纤维素，通过辛烯基琥珀酸酐（OSA）修饰和离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐（[Emim][Ac]）溶剂法，成功制备了淀粉-纤维素复合薄膜（MSMC/MSFC）。研究采用FTIR、TGA、XRD、SEM等技术表征材料特性，发现薄膜具有无定形结构、亲水性和较低机械强度，为生物可降解包装材料开发提供了新思路，同时实现了农业废弃物的高值化利用。

　　

每年全球产生约1400亿吨农业废弃物，但仅有少量被回收利用。芒果加工业产生的果核和种皮占果实总重35-60%，富含淀粉（50-78%）和纤维素等具有商业价值的成分。传统塑料包装的环境污染问题日益严峻，而现有淀粉基薄膜存在机械性能差、结晶度高的问题。如何通过绿色溶剂技术将农业废弃物转化为高性能生物材料，成为当前研究的关键挑战。

针对这一难题，巴西热带食品工业有限公司（Tial?）捐赠的Ubá芒果废料成为研究突破口。研究团队从芒果果核提取淀粉（提取效率37.4%），并通过辛烯基琥珀酸酐（OSA）改性获得取代度（DS）0.015的两亲性淀粉；同时从种皮中提取纤维素（纯度83.6%）。创新性地采用离子液体[Emim][Ac]作为溶剂，通过流延法制备了两种复合薄膜：改性淀粉-芒果种皮纤维素（MSMC）和改性淀粉-工业绒毛浆纤维素（MSFC）。

研究主要采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析官能团，热重分析（TGA）评估热稳定性，X射线衍射（XRD）测定结晶度，扫描电镜（SEM）观察形貌，并进行了拉伸测试和水接触角（WCA）测量。

3.1 芒果核淀粉的提取与改性
通过酶解-酸解法从芒果核中提取出纯度96.4%的淀粉，OSA改性后在FTIR谱图中保留典型淀粉特征峰（3307 cm^-1
的OH键、2917 cm^-1
的C-H键）。TGA显示改性前后淀粉最大降解温度（T_max
）分别为311°C和316°C，SEM观察到淀粉颗粒呈椭圆形且改性未改变其形态。

3.2 芒果种皮纤维素特性
碱处理-漂白工艺提取的纤维素含83.6%纤维素、13.5%半纤维素。与工业绒毛浆（>94.5%纯度）相比，其FTIR在1506 cm^-1
处无木质素特征峰，XRD显示典型β型纤维素衍射峰（2θ=15.77°和22.50°）。SEM显示种皮纤维素呈扁平长纤维状，表面粗糙度显著高于工业绒毛浆。

3.3 薄膜性能表征
两种薄膜均呈现透明微黄色，XRD证实其为无定形结构，表明[Emim][Ac]破坏了淀粉和纤维素的氢键网络。MSMC和MSFC的拉伸强度分别为20 MPa和19 MPa，但断裂伸长率仅0.6-0.8%，呈现脆性特征。WCA测试显示亲水性（54.6°±1.8°和57.5°±6.0°），SEM观察到表面存在未完全溶解的颗粒。TGA发现薄膜中淀粉降解温度降低至293-312°C，推测[Emim][Ac]引起淀粉解聚。

这项研究首次利用Ubá芒果废料开发淀粉-纤维素复合薄膜，证实离子液体溶剂法能有效破坏生物聚合物结晶结构。虽然薄膜机械性能仍需优化，但其制备工艺为农业废弃物高值化利用提供了新范式。研究提出的[Emim][Ac]回收方案（FTIR未检出残留）进一步增强了工艺的环保性。该成果为开发食品包装、医药泡罩等可降解材料奠定了理论基础，同时推动了循环经济发展。未来研究可聚焦于优化纤维素提取工艺、探究淀粉解聚机制，以及开发增强薄膜力学性能的新型改性方法。