综述:一种制备耐用、生物无毒防霉竹材的可持续方法

【字体: 时间:2025年06月20日 来源:Industrial Crops and Products 5.6

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  这篇综述创新性地提出通过选择性氧化竹材表面纤维素制备二醛纤维素(DAC)的防霉策略,实现了100%黑曲霉抑制率(30天测试),同时兼具机械耐久性(耐受200次摩擦)和生物相容性(细胞存活率>87%)。研究通过调控NaIO4与竹材质量比(B@5%为最优组),平衡了醛基含量与材料稳定性,为食品级防霉竹制品开发提供了新思路。

  

Abstract
毛竹(Moso bamboo)虽具有生长快、机械强度高和环境友好等特性,但易受真菌侵染限制其应用。传统防霉策略存在药剂易流失、高毒性等技术瓶颈。本研究通过选择性氧化竹材表面纤维素制备二醛纤维素(DAC),构建了稳定、生物无毒的防霉体系。

1. Introduction
竹材因薄壁细胞富含糖类、淀粉等营养物质,在适宜温湿度下易霉变,全球年损失达产量的10%。现有防霉技术分为隔离策略(如热处理、油性树脂涂层)和杀菌策略(如铜铬砷防腐剂、纳米ZnO/TiO2),但存在被动防护或环境毒性问题。受天然醛类抗菌材料启发,本研究通过NaIO4特异性氧化纤维素C2-C3键生成醛基,开辟新型防霉路径。

2. Experimental Section
竹材经90°C水煮去除淀粉后,用NaClO2/乙酸脱木素,再与不同比例NaIO4(0.5-10 wt%)反应制备B@X%。通过FT-IR、XRD、SEM表征材料特性,采用黑曲霉进行30天防霉测试,并通过CCK-8法和AM/PI染色评估细胞毒性。

3. Results and Discussion
3.1. Anti-mould Performance
B@5%组在30天测试中保持100%防霉效率,显著优于低剂量组(X<2%时10天内感染率>40%)。醛基含量与防霉效果呈正相关,但过量氧化(B@10%)会导致竹材多层结构分层。

3.2. Chemical Analysis
FT-IR显示1730 cm?1处醛羰基特征峰,证实DAC成功合成。XRD表明NaIO4氧化使纤维素结晶度从65.6%(未处理)降至50.3%(B@10%),SEM显示B@5%组表面光滑而B@10%出现10 μm裂隙。

3.3. Antimicrobial Mechanism
DAC通过醛基诱导环境pH下降(酸性),破坏霉菌细胞膜蛋白静电平衡和酶活性中心,其作用机制不同于传统抗生素,不易产生耐药性。

3.4. Durability
B@5%经200次砂纸摩擦后仍保持50%防霉效率。酸碱稳定性测试显示,pH=2-12浸泡10小时后,酸性环境组防霉性能更优(因碱性条件易引发醛基缩合反应)。

3.5. Cytotoxicity
CCK-8检测显示B@5%在浓度>5%时细胞存活率>87%,活死细胞染色中绿色荧光占比超90%,证实其生物安全性。

4. Conclusions
该研究通过精准调控NaIO4氧化程度,创制出兼具高效防霉(100%黑曲霉抑制)、机械稳定性和生物相容性的竹材,为食品级防霉材料开发提供新范式。

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