硫辛酸驱动纤维素链化学交联构建高性能食品包装膜的研究

为替代塑料包装解决环境污染问题，研究人员通过硫辛酸(TA)化学交联纤维素链，开发出机械强度达126 MPa、疏水性99.7°的高性能纤维素膜。该材料能有效延缓水果水分蒸发，保鲜效果媲美聚乙烯(PE)，为绿色包装提供新策略。

　　

塑料包装的便利性伴随着严重的环境代价，全球每年产生数亿吨塑料垃圾，其中食品包装占比显著。尽管纤维素作为年产量达1.5×10¹²
吨的可再生资源，其传统加工方法如Lyocell工艺（使用NMMO溶剂）和黏胶法（NaOH/CS₂
体系）存在毒性溶剂污染问题。更关键的是，物理交联的纤维素膜难以满足食品保鲜需求。如何通过绿色工艺开发兼具高强度、高阻隔性和保鲜功能的纤维素基材料，成为突破塑料替代瓶颈的核心挑战。

浙江理工大学的研究团队创新性地利用天然硫辛酸(TA)的独特结构——含羧基和二硫键环状分子，通过氯化盐溶剂（ZnCl₂
/CaCl₂
）溶解纤维素后，触发TA与纤维素羟基的酯化交联及开环聚合，构建出分子排列有序的高性能薄膜。该成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，为解决食品包装领域"性能-环保"矛盾提供了新思路。

研究采用氯化盐溶解纤维素后，通过TA浓度梯度优化实现化学交联，结合流延成膜技术制备材料。采用FT-IR和XRD分析分子相互作用与结晶结构，通过拉伸测试、接触角测量评估力学与疏水性能，并以番茄为模型验证保鲜效果。

研究结果

1. 材料制备与交联机制
   TA的羧基与纤维素羟基发生酯化反应，同时二硫键开环形成长链聚合物，双重作用使薄膜拉伸强度提升至126.3 MPa，较未改性膜(WCF)提高近3倍。XRD显示交联后纤维素分子排列有序度显著增加。

2. 功能性能突破
   接触角达99.7°的超疏水表面有效阻隔水分；透光率保持90%的同时，氧气透过率降低至PE膜的1/5。加速老化实验表明TA交联延缓了纤维素分子链降解。

3. 实际保鲜验证
   包裹番茄7天后，TA-纤维素膜组失重率仅1.8%，低于PE膜(2.3%)和WCF(5.1%)。TA的抗氧化特性协同致密网络结构，双重抑制果蔬代谢速率。

结论与意义
该研究开创了TA驱动纤维素绿色改性的新范式：①氯化盐溶剂体系避免传统工艺污染；②TA的酯化-聚合双机制突破单一交联局限；③材料综合性能超越商用PE膜。Hou-Yong Yu团队的工作不仅为食品包装提供理想替代方案，其分子设计策略更为功能性生物基材料开发指明方向。未来通过调控TA开环度与金属离子(Ca²⁺
)配比，可进一步拓展材料在医药缓释、柔性电子等领域的应用潜力。