综述：植物碳水化合物基可食用膜在食品包装中的特性表征

这篇综述系统评述了植物多糖（如果胶、淀粉、纤维素）基可食用膜（EFs）作为合成包装的可持续替代方案，重点探讨了其机械强度、抗菌/抗氧化性能及通过差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）、扫描电镜（SEM）等先进技术表征的理化特性，为绿色包装设计提供理论支撑。

　　

植物碳水化合物基可食用膜的特性表征

引言

食品包装面临塑料污染与可持续性挑战，全球塑料年产量达4.6亿吨。植物多糖基可食用膜（EFs）因其生物可降解性、非毒性和可再生性成为研究热点。这类膜通过直接涂覆或独立成膜应用于食品，分为涂层和薄膜两类，主要成分包括蛋白质、多糖及其复合物。

植物多糖作为生物降解聚合物

果胶：源自植物细胞壁的酸性线性多糖，具有凝胶形成能力和低氧渗透性（OP）。西瓜皮果胶膜表现出高拉伸强度（TS 2.04-5.28 MPa），但甘油添加会降低弹性模量（YM）。

淀粉：由直链淀粉和支链淀粉组成，成本低但亲水性强，需通过纳米纤维素或柠檬酸交联改善水蒸气渗透性（WVP）。马铃薯淀粉膜在海水中的生物降解率可达90%（50天内）。

纤维素：通过β-1,4糖苷键连接，细菌纤维素纳米纤维（CNFs）使薄膜结晶度提升，拉伸强度（TS）达157.92 MPa。

胶体：如瓜尔胶和阿拉伯胶，通过脂肪酸链长调控水溶性（WS），罗勒籽胶（BSG）薄膜的原子力显微镜（AFM）显示表面粗糙度与屏障性能正相关。

关键性能分析

水接触角（WCA）：低甲氧基果胶/壳聚糖膜的WCA为61.8°，添加荷叶角质后增至90.3°，疏水性显著提升。

屏障特性：羧甲基纤维素（CMC）/β-葡聚糖膜的氧气渗透系数（P'O₂）降至356.55 mL μm m^-2 day^-1 atm^-1，纳米二氧化钛（TiO₂）使水蒸气透过率（WVTR）降低40%。

机械性能：甲基纤维素（MC）膜因氢键网络呈现高TS（39.24 MPa），而银纳米颗粒（AgNPs）使伸长率（EB）提升至42%。

分析技术解析

扫描电镜（SEM）：肉桂精油（CEO）使淀粉膜表面出现裂纹，而纳米壳聚糖/果胶膜呈现均匀无孔隙结构。

傅里叶变换红外光谱（FTIR）：在1721 cm^-1处酯键特征峰证实玉米淀粉与柠檬酸的交联。

X射线衍射（XRD）：壳聚糖/花青素纳米复合膜在2θ=20.7°显示非晶态特征。

热分析：差示扫描量热法（DSC）显示果胶膜玻璃化转变温度（T_g）随甲基化度升高，热重分析（TGA）表明海藻酸钠（SA）/酪蛋白膜在310°C分解65%质量。

工业应用与挑战

Apeel Sciences公司利用果胶涂层延长牛油果货架期，而泰万集团（Thai Union）采用结冷胶保持虾类品质。当前瓶颈在于规模化生产成本（比塑料高30%）和WVP调控，未来需通过纳米纤维增强和生命周期评估（LCA）优化。

结论

植物多糖膜在替代传统塑料方面展现出明确潜力，但需解决机械性能与工业化生产的矛盾。多技术联用表征和功能性添加剂设计将是未来研究核心。