仙人掌（Cactaceae）粘液与聚乙烯醇复合可降解包装薄膜的制备及性能研究

本研究创新性地将仙人掌粘液(MuO)与聚乙烯醇(PVOH)复合，通过超声辅助提取和甘油(Gly)塑化技术，开发出具有优异机械性能(弹性模量9913±81.9 MPa)、阻隔性(0.41±0.14 g mm m?2 h?1 kPa?1)和抗菌活性的可降解薄膜。该材料21天即可在土壤中完全降解，为替代石油基包装材料提供了环保解决方案。

　　

Highlight

本研究亮点在于采用超声辅助传统方法从仙人掌(Cactaceae)中提取粘液(MuO)，并将其与聚乙烯醇(PVOH)复合制备可降解包装薄膜。材料展现出优异的综合性能：

• 3% MuO添加量使薄膜透明度、机械强度(弹性模量达9913 MPa)和阻隔性能显著提升

• 对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌具有抗菌活性

• 在海水和土壤中21天即可完全生物降解

• 氢键作用形成的均相结构赋予材料良好热氧化稳定性(62°接触角)

Plant materials and chemical products

新鲜仙人掌(Cactaceae)茎片(17.5×10.1×1 cm³，含水率93%)采自突尼斯El-Guettar绿洲，经去刺处理后用于多糖提取。实验采用Sigma-Aldrich提供的乙醇(96.0%和>99.0%)作为沉淀剂，聚乙烯醇(PVOH，Mw:145,000 g/mol)为基材，甘油(≥99.0%)作为塑化剂。

Morphological characteristics

扫描电镜(SEM)显示：PVOH对照组薄膜存在明显裂纹(图1a,c)，表明PVOH与Gly分子间作用力较弱；而PVOH-MuO复合薄膜呈现致密光滑的断面结构(图1b,d)，证实MuO的加入通过氢键作用显著改善了材料相容性。这种均相结构是材料获得优异机械性能的关键。

Conclusion

通过传统结合超声的方法提取仙人掌粘液(MuO)，与PVOH/Gly共混成功制备出结构均匀的可降解薄膜。ATR-FTIR证实材料性能提升源于强烈的氢键相互作用。该薄膜在各类水体中具有快速溶解性，21天土壤降解率和抗菌特性使其成为理想的环保包装材料。