一种具有水分管理功能的非对称润湿性纤维素包装材料，用于蔬菜保鲜

《folia medica》：An asymmetric wettability cellulose packaging with moisture management properties for vegetable preservation

蔬菜保鲜面临高湿度需求与包装材料性能不匹配的挑战。本研究采用电纺 sequential process 研制出双功能生物降解纤维素包装，内层醋酸纤维素（接触角49.2°）通过氢键网络高效锁湿，外层乙基纤维素（接触角121.8°）形成疏水屏障。该包装兼具89.1%太阳能反射率和98.8%红外发射率，有效降低阳光直射下的温度至商业PE包装的10.9℃以下，同时保持95%以上相对湿度达9天。其不对称润湿结构有效解决传统保湿包装的蒸发失控问题，并具备抗紫外线特性。

　　本研究聚焦于食品包装材料在蔬菜保鲜中的应用，特别是在水分管理方面的创新策略。随着全球食品供应链的不断发展，食品保存和运输成为保障食品安全和延长保质期的关键环节。蔬菜作为日常饮食中不可或缺的营养来源，其保鲜技术尤为重要。然而，蔬菜在储存、运输和销售过程中，由于呼吸作用和蒸腾作用导致的水分流失，常常面临品质下降的问题，如萎缩和褐变等。这些问题不仅影响全球粮食安全，也对经济和环境带来巨大压力。传统的保鲜方法虽然在一定程度上可以维持蔬菜的水分，但往往伴随着高能耗、高水分消耗以及可能产生有害物质等弊端，促使人们寻找更环保、更高效的替代方案。

在此背景下，功能性包装材料因其能够调节包装内部的微环境（如温度、湿度和微生物条件）而受到广泛关注。这类材料通常被分为密封型和透气型两种类型，前者通过完全覆盖食品来隔绝外界环境，如空气、水分和微生物，后者则允许食品内部的代谢物排出，同时防止食品的劣化和营养流失。尽管透气型包装在某些方面已经取得了一定进展，例如使用牛皮纸、亚麻布和无纺布等材料，但它们的功能单一，难以满足蔬菜在水分管理方面的复杂需求。因此，设计一种兼具水分管理和透气性的包装材料成为研究的重点。

本研究提出了一种基于双层结构的可降解水分调节型包装材料，其核心在于通过一种创新的策略，实现对蔬菜水分的高效管理。该材料采用了一种分步静电纺丝工艺，将纤维素醋酸层（水接触角为49.2°）和纤维素乙基层（水接触角为121.8°）组合成双层结构。纤维素醋酸层因其丰富的氢键网络，能够有效捕获水分，而纤维素乙基层则凭借其疏水特性，形成有效的水分屏障，从而减少水分的蒸发。这种双层结构不仅实现了水分的高效管理，还具备良好的散热和紫外线防护性能，使得包装材料在实际应用中表现出优异的综合性能。

实验结果显示，这种双层水分调节型包装在室内测试中，能够使蔬菜保持较高的湿度（相对湿度超过95%），并且在较长时间内保持稳定，显著优于未包装的蔬菜，其储存时间延长至9天。此外，该包装材料在紫外线防护方面也表现出色，与传统聚乙烯（PE）包装相比，具有更强的抗紫外线能力，从而为蔬菜在储存、运输和销售过程中提供更全面的保护。这种结合了水分管理、透气性和温度调节功能的包装材料，为其他需要水分保持的易腐农产品或食品提供了潜在的解决方案，有望成为传统保鲜技术的可行替代。

在材料的选择和制备过程中，研究人员采用了纤维素作为主要原料，并通过双溶剂溶解和后续静电纺丝工艺，构建了具有特定功能的复合膜材料。这种材料不仅在结构上具有优势，还在性能上表现出良好的稳定性。通过扫描电子显微镜（SEM）等手段，研究人员对材料的微观结构进行了详细分析，确认了其双层结构的形成及其在水分管理方面的有效性。此外，材料的表面能和粗糙度也被调节，以实现不对称的润湿性结构，进一步增强了水分的捕获和保留能力。

本研究的创新点在于将水分管理和热管理功能结合在一个包装材料中，使其能够同时满足蔬菜在不同环境下的需求。传统的包装材料往往只能实现单一功能，而本研究的材料则通过结构设计，实现了多功能集成。这种集成不仅提高了包装材料的性能，还增强了其在实际应用中的适应性。例如，在阳光直射条件下，该包装材料的太阳能反射率和红外发射率分别达到89.1%和98.8%，使其内部温度比传统聚乙烯包装低10.9℃，从而有效防止水分蒸发和食品劣化。

此外，该包装材料在实验中表现出良好的紫外线防护能力，能够有效减少紫外线对蔬菜的损害。这种性能的提升，不仅有助于延长蔬菜的保质期，还能够降低储存和运输过程中的环境影响。研究人员还通过多种测试方法，验证了该包装材料在实际应用中的效果，包括湿度测试、温度测试和紫外线测试等。这些测试结果表明，该材料在维持蔬菜水分、降低温度和减少紫外线损伤方面均表现出优异的性能。

从长远来看，这种多功能集成的包装材料不仅适用于蔬菜的保鲜，还可能扩展到其他需要水分保持的农产品或食品。随着人们对环保和可持续发展的关注不断增加，传统的保鲜方法逐渐暴露出其局限性，而新型的包装材料则提供了更加环保和高效的解决方案。本研究的成果为食品包装材料的发展提供了新的思路，也为农业生产和食品供应链的优化提供了技术支持。

本研究的作者们在材料的设计和实验过程中，充分发挥了各自的专业优势。Tao Zhang负责撰写和编辑论文，同时提供项目管理支持；Fengxian Qiu则在项目管理和监督方面发挥重要作用；Yuanpan Zhang负责实验设计和数据分析；Dongya Yang负责论文初稿撰写、项目监督和方法学设计；Xiaoming Peng和Yongfang Chen分别在软件开发和数据分析方面做出贡献；Shusheng Huang则在论文撰写、编辑、软件开发、实验设计和数据分析等方面全面参与。这种分工合作的方式，确保了研究工作的顺利进行，并提高了研究成果的科学性和可靠性。

研究团队在实验过程中，还得到了多位专家和匿名审稿人的宝贵意见和建议，这些意见和建议对提升论文的质量起到了重要作用。同时，本研究的成果也得到了资金支持，包括中国博士后科学基金会和江苏省研究生科研与实践创新计划等。这些支持不仅为研究提供了必要的资源，也体现了对这一领域研究的重视。

综上所述，本研究提出了一种创新的双层结构水分调节型包装材料，其在水分管理、热管理、紫外线防护等方面表现出优异的性能。这种材料不仅能够有效延长蔬菜的保质期，还能减少水分蒸发和环境影响，为食品保鲜提供了一种可行的解决方案。随着研究的深入和应用的推广，这种包装材料有望在未来的食品供应链中发挥更大的作用，为农业生产和食品保鲜技术的发展带来新的机遇。