壳聚糖与纳米纤维素稳定的硒纳米颗粒抗氧化涂层在活性纸质食品包装中的应用研究

为解决传统塑料包装的环境污染问题及提升纸质包装的抗氧化与抗菌性能，研究人员开发了基于硒纳米颗粒(Se NPs)的活性食品包装涂层。通过绿色化学还原法合成Se NPs，并采用壳聚糖(CS)和阳离子纤维素纳米纤维(CCNFs)作为稳定剂，将其与TEMPO氧化或酶解纤维素纳米纤维(CNFs)结合。研究结果表明，该涂层表现出98-99%的DPPH自由基抑制率，抗菌活性达65%，同时显著提升纸张的阻隔性能（空气阻力达2000 Gurley秒，水蒸气透过率150-200 g/m2/天），为可持续食品包装提供了创新解决方案。

　　

研究背景与意义
食品包装在延长食品保质期和保障安全性方面扮演着关键角色，但传统塑料包装带来的环境问题日益严峻。每年数百万吨塑料废弃物进入填埋场和海洋，而纸质包装虽可生物降解，却因透气性和阻隔性不足难以完全替代塑料。此外，食品氧化和微生物污染仍是导致变质的主要因素。如何开发兼具环保性、高阻隔性和活性功能（如抗氧化、抗菌）的包装材料，成为研究热点。

硒(Se)作为人体必需微量元素，其纳米颗粒(Se NPs)因低毒性、高生物相容性和卓越的抗氧化活性备受关注。然而，Se NPs在包装领域的应用研究较少，且如何将其稳定整合到纸质基材中仍具挑战性。针对这些问题，西班牙的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表了一项创新研究，通过绿色合成技术将Se NPs与生物聚合物结合，开发出高性能活性纸质包装涂层。

关键技术方法
研究采用绿色化学还原法合成Se NPs，以抗坏血酸为还原剂，壳聚糖(CS)或阳离子纤维素纳米纤维(CCNFs)为稳定剂。通过TEMPO氧化和酶解(EH)两种预处理工艺制备纤维素纳米纤维(CNFs)，并采用共混和原位合成法将Se NPs整合到CNFs中。涂层性能通过DPPH自由基清除实验、抗菌测试（针对大肠杆菌E. coli和单增李斯特菌L. monocytogenes）、阻隔性能（空气渗透率、水蒸气透过率）及扫描电镜(FESEM)等表征手段系统评估。

研究结果

1. Se NPs特性分析
   动态光散射(DLS)显示CS-Se NPs和CCNF-Se NPs的粒径分别为49.58 nm和70.53 nm，表面电位均为正电性（+32.43 mV和+33.9 mV），表明其良好的分散稳定性。紫外光谱在285 nm附近的表面等离子共振(SPR)峰证实了Se NPs的形成。

2. CNFs载体作用
   TEMPO氧化的CNFs因羧基含量高（1.70 mmol/g）展现出优异的纳米纤化率（≥95%）和凝胶特性，而酶解CNFs的纤化率仅为24.9%。流变学测试表明，Se NPs与TEMPO CNFs结合的悬浮液具有更高的黏度（K值达33 Pa·sⁿ），更适合涂层应用。

3. 抗氧化与抗菌性能
   含10% Se NPs的涂层对DPPH自由基抑制率高达98-99%，且原位合成法的效果优于共混法。抗菌实验显示，CS-Se NPs涂层对E. coli的抑制率为65%（对数减少值0.5），而CCNF-Se NPs对两种菌株的抑制更均衡（约55%）。迁移实验证实Se NPs几乎不析出，符合食品安全要求。

4. 阻隔性能突破
   双层藻酸盐涂层与10% Se NPs-TEMPO CNFs的组合使纸张的油脂阻隔性（Kit值12）、空气阻力（2000 Gurley秒）和水蒸气阻隔性（150-200 g/m²/天）显著提升。FESEM显示该涂层能完全覆盖纸张孔隙，形成致密屏障。

结论与展望
该研究成功开发了一种以生物聚合物为基质的Se NPs活性涂层，通过协同藻酸盐与CNFs的阻隔特性及Se NPs的抗氧化功能，实现了纸质包装的多功能化。其环境友好性和高效性能为替代塑料包装提供了新思路。未来需进一步优化涂层的规模化生产工艺，并验证其在真实食品保存场景中的长期稳定性。这项研究不仅推动了纳米技术在食品包装中的应用，也为可持续发展目标下的材料创新提供了重要参考。