竹笋壳膳食纤维复合膜负载聚赖氨酸的制备及其在猪肉保鲜中的应用研究

为解决全球塑料污染危机及食品保鲜需求，研究人员开发了一种新型聚赖氨酸(PLL)负载竹笋壳膳食纤维复合膜(PLL-DFPE)。该材料以农业副产物竹笋壳为原料，通过优化碱过氧化氢法提取高纯度膳食纤维(BBDF)，与PLL复合制备具有优异机械强度(7.16±0.16 MPa)、热稳定性(初始分解温度275°C)和水蒸气阻隔性能(1.58×10-7 g·m-1·s-1·Pa-1)的薄膜。实验证实其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有显著抗菌活性，在猪肉保鲜中将货架期延长4天，为可持续食品包装提供新方案。

　　

随着全球塑料污染问题日益严峻，食品工业正迫切寻求可持续的包装替代方案。每年数百万吨的塑料包装废弃物不仅污染环境，传统包装材料还难以有效抑制食品腐败微生物的生长。与此同时，中国作为竹资源大国，每年产生大量竹笋加工副产物——竹笋壳，常规焚烧或填埋处理既浪费资源又造成污染。这些矛盾催生了一个关键科学问题：能否将农业废弃物转化为兼具环保性和功能性的食品包装材料？

来自国内的研究团队创新性地将目光投向竹笋壳这一富含纤维素和半纤维素的生物质资源。通过碱性过氧化氢(AHP)法提取竹基膳食纤维(BBDF)，并与天然抗菌肽ε-聚赖氨酸(PLL)复合，成功研制出具有多重功能的PLL-DFPE复合膜。这项发表于《LWT》的研究，为破解食品包装领域的"白色污染"难题提供了新思路。

研究人员采用响应面法优化BBDF提取工艺，通过X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征材料特性，结合热重分析(TGA)评估热稳定性。薄膜性能测试包括机械强度、水蒸气透过率(WVP)和接触角测定。抗菌实验采用抑菌圈法和活/死菌荧光染色，细胞毒性通过MTT法和Calcein/PI双染评估。以猪肉为模型，系统监测了14天冷藏期间的颜色参数(L、a、b^*)、汁液损失率、pH值、总挥发性盐基氮(TVB-N)、菌落总数(TBC)和硫代巴比妥酸反应物(TBARS)等指标。

3.1 BBDF的制备与表征
通过单因素和响应面实验确定最佳提取条件：pH 11.27、H₂O₂浓度4.25%、料液比1:11.2，所得BBDF纯度达89.40%。XRD显示40.61%的结晶度，FTIR证实木质素有效去除，TGA显示初始分解温度275°C，SEM观察到多孔结构，这些特性为后续成膜奠定基础。

3.2 复合膜的性能表征
PLL-DFPE膜厚度显著增加，水蒸气透过率低至1.58×10^-7 g·m^-1·s^-1·Pa^-1，接触角达70.73°表明疏水性增强。力学测试显示拉伸强度7.16 MPa，断裂伸长率71.7%，优于多数生物基薄膜。FTIR和XRD证实PLL与纤维素形成交联网络，TGA显示复合膜具有三段热分解特征。

3.3 抗菌与生物相容性
抑菌圈实验显示PLL-DFPE对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制直径分别为2.7 mm和2.2 mm。生长曲线和荧光染色证实其持续抑菌效果。MTT实验显示Caco-2细胞存活率85.27%，满足食品接触材料安全要求。

3.4 猪肉保鲜效果
在4°C贮藏14天的实验中，PLL-DFPE组猪肉的L^*值下降最缓，TVB-N含量(13.32 mg/100g)始终低于国标限值(15 mg/100g)，第12天菌落总数6.85 log CFU/g，TBARS值0.52 mg/kg，货架期较对照组延长4天。

这项研究实现了农业废弃物高值化利用与食品包装创新的双重突破。PLL-DFPE膜不仅机械性能优异，其独特的抗菌-阻隔协同效应更解决了传统生物基材料抗菌不足的痛点。相比已有报道的胶原基或γ-CD-MOF纳米粒子薄膜，该材料原料成本更低且更易降解。未来通过规模化工艺优化和跨学科技术融合，这种"以废治废"的绿色包装方案有望在肉类、果蔬等生鲜食品保鲜领域发挥更大价值，为循环经济和食品安全提供新的技术支撑。