基于甲基纤维素/壳聚糖纳米纤维与芜菁皮碳点的可降解活性包装膜及其在易腐食品保鲜中的应用

为解决传统塑料包装的环境污染问题及提升食品保鲜效果，研究人员开发了一种基于甲基纤维素(MC)/壳聚糖纳米纤维(ChNFs)和芜菁皮碳点(TPCDs)的可降解活性包装膜。该薄膜通过添加1-5 wt% TPCDs显著改善了机械强度(TS达28.05 MPa)、水蒸气阻隔性(WVP降至2.9×10?11 g·m/m2·s·Pa)及抗菌抗氧化性能(对S. aureus抑菌圈达21 mm，DPPH清除率88%)。实际应用表明，含5% TPCDs的薄膜可使碎红肉保质期延长至8天，苹果保鲜5天，为可持续食品包装提供了创新解决方案。

　　

随着全球塑料污染问题日益严峻，每年约3.81亿吨聚合物废弃物中半数为难降解塑料，对生态环境和人类健康构成重大威胁。与此同时，食品腐败导致的浪费与食源性疾病风险持续存在，尤其是耐抗生素细菌的蔓延更凸显了开发新型包装的紧迫性。在这一背景下，联合国可持续发展目标(SDGs)将减少食品浪费(SDG 2)和负责任消费(SDG 12)列为重点议题，而兼具生物降解性与功能活性的包装材料成为研究热点。

来自伊朗Azarshahr当地市场的研究团队在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》发表了一项创新研究，通过水热法将农业废弃物芜菁皮转化为尺寸2-8.9 nm的荧光碳点(TPCDs)，并将其整合至甲基纤维素(MC)/壳聚糖纳米纤维(ChNFs)基质中，采用流延法制备出系列活性包装薄膜。研究通过TEM、FTIR、XRD等技术表征材料特性，并系统评估了薄膜的机械性能、阻隔功能及生物活性。

关键技术包括：(1)水热合成TPCDs并测定其ROS生成能力；(2)通过流延法制备含1-5 wt% TPCDs的MC/ChNFs复合膜；(3)采用SEM观察微观结构，TGA分析热稳定性；(4)通过DPPH法和琼脂扩散法测定抗氧化与抗菌性能；(5)以碎红肉和苹果为模型验证实际保鲜效果。

3.1 碳点特性分析
TPCDs呈现球形纳米结构(平均6.7 nm)，表面富含-COOH和-OH基团，在380 nm激发下显示蓝色荧光。浓度依赖实验显示，100 μg/mL TPCDs的DPPH清除率达85.46%，对S. aureus和E. coli的抑菌圈分别为15 mm和10 mm，归因于其产生的单线态氧和羟基自由基破坏微生物细胞膜。

3.2 复合膜性能优化
FTIR证实TPCDs与基质通过氢键结合，3 wt%添加量时薄膜性能最佳：拉伸强度提升24%(28.05 MPa)，水接触角增至50.6°，WVP降低15%。SEM显示5 wt%时出现纳米颗粒聚集，导致机械性能下降。值得注意的是，含5% TPCDs的薄膜紫外线阻隔率(UV_B 96%)显著优于对照组。

3.4 功能活性验证
TPCDs的浓度效应显著，5 wt%薄膜对S. aureus抑菌圈达21 mm，DPPH清除率88%。机制研究表明，TPCDs通过产生·O₂^?等活性氧引发微生物氧化应激，同时其表面官能团可中和自由基。

3.5 实际保鲜应用
在4°C储存实验中，含5% TPCDs的薄膜使碎红肉的TVB-N值8天内维持在安全阈值(28 mg/100 g)以下，苹果切片5天后仍保持良好外观。相较对照组，该薄膜使微生物生长延迟4天，pH上升速率降低42%。

该研究开创性地将农业废弃物转化为高附加值包装材料，其性能超越传统塑料(如聚乙烯)和部分生物降解材料(如PLA)。通过精准调控TPCDs的添加量，实现了机械强度、阻隔性能与生物活性的平衡。更重要的是，这种"变废为宝"的策略直接响应了SDG 12关于可持续生产的号召，为解决塑料污染和食品浪费双重挑战提供了技术范式。未来研究可进一步探索TPCDs在冷链物流中的长期稳定性，以及其降解产物对土壤微生物组的影响，以推动该技术走向工业化应用。