膨润土和没食子酸介导的纳米银改性壳聚糖生物膜在食品保鲜中的应用研究

为解决传统塑料包装材料的环境污染问题，研究人员开发了一种新型可降解壳聚糖(CS)复合膜，通过没食子酸(GA)改性提高水溶性，并利用GA原位还原银纳米颗粒(AgNPs)与膨润土(Bt)复合，制备出具有优异机械性能(18.56 MPa)、水蒸气/紫外线阻隔性能和抗菌活性的CSGA/Bt/AgNPs食品包装膜，为绿色食品包装提供了新选择。

　　

塑料污染已成为全球性环境问题，每年数百万吨的塑料包装废弃物对生态系统造成严重威胁。传统聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等石油基塑料包装材料虽然具有优异的机械性能和透明度，但其不可降解特性导致的环境污染问题日益突出。与此同时，食品安全问题也备受关注，如何通过包装技术延长食品保质期成为研究热点。在这一背景下，开发兼具环保性和功能性的新型食品包装材料迫在眉睫。

壳聚糖(CS)作为一种天然多糖，因其良好的生物相容性、可降解性和抗菌性能被视为理想的环保包装材料候选。然而，纯壳聚糖薄膜存在机械强度不足(仅17.28 MPa)、水溶性高、阻隔性能差等缺陷，严重限制了其实际应用。为突破这些限制，研究人员尝试将壳聚糖与其他功能材料复合，但现有复合材料如聚乙烯醇-壳聚糖-铜纳米颗粒(PVA-CS-CuNPs)等仍存在成本高、安全性存疑等问题。

吉林省科技发展计划项目资助的研究团队创新性地提出四组分协同增强策略，首次将膨润土(Bt)、没食子酸(GA)和GA原位还原的银纳米颗粒(AgNPs)整合到壳聚糖基质中，通过氢键作用(Bt)、螯合作用(AgNPs)和共价交联(GA)的多重相互作用，制备出性能优异的CSGA/Bt/AgNPs复合膜。相关研究成果发表在《International Journal of Biological Macromolecules》上。

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-ATR)分析化学结构，扫描电子显微镜(SEM)表征AgNPs形貌(直径30-100 nm)，并系统测试了薄膜的机械性能、阻隔性能和抗菌活性。实验结果显示，GA改性显著提高了CS的水溶性，而Bt和AgNPs的引入则协同增强了薄膜的综合性能。

FTIR-ATR分析证实了各组分的成功复合。在1634 cm^-1处的C=O伸缩振动峰、1541 cm^-1处的N-H弯曲振动峰等特征峰位变化表明GA与CS发生了交联反应。SEM观察显示AgNPs均匀分布在薄膜中，粒径分布可控。

机械性能测试表明，CSGA/Bt/AgNPs薄膜的拉伸强度达到18.56 MPa，较纯CS膜(17.28 MPa)显著提高，这归因于Bt的增强作用和AgNPs的界面效应。阻隔性能测试显示复合膜具有优异的水蒸气和紫外线阻隔能力，可有效保护食品免受外界环境影响。

抗菌实验证实CSGA/Bt/AgNPs薄膜对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)均表现出显著抑制作用，这主要得益于AgNPs的抗菌活性和GA的抗氧化性能的协同作用。安全性评估表明该材料符合食品接触材料标准。

这项研究成功开发出一种新型环保活性包装材料，通过创新性地整合Bt、GA和AgNPs，解决了传统壳聚糖薄膜的性能缺陷。与现有技术相比，该研究具有三大优势：一是采用GA同时作为改性剂和还原剂，简化了工艺；二是利用Bt的天然特性提高了薄膜的机械和阻隔性能；三是通过原位合成AgNPs确保了纳米颗粒的分散性和稳定性。

研究成果为开发下一代绿色食品包装材料提供了新思路，不仅解决了塑料污染问题，还通过活性包装技术延长了食品保质期。特别是材料全部组分均为天然或环境友好型，符合可持续发展理念。该技术有望在生鲜食品、即食食品等包装领域获得广泛应用，推动食品包装行业向绿色化、功能化方向发展。