壳聚糖/羧甲基纤维素水凝胶薄膜的合成与表征及其在食品包装中的应用研究

为解决传统石油基聚合物环境污染问题，研究人员通过优化柠檬酸(CA)交联密度，开发了壳聚糖(CS)/羧甲基纤维素(CMC)水凝胶薄膜。研究显示，18 wt.% CA交联的薄膜具有优异的机械强度(7.12 MPa)、热稳定性(降解温度255°C)和低水蒸气透过率(7.68×10?9 g h?1 m?1 Pa?1)，为食品包装和生物医学领域提供了环保新材料。

　　

随着石油基塑料污染的加剧，开发可降解生物材料成为全球焦点。非降解塑料在生物体内的累积已引发严重生态危机（如Set?l?等2018年报道），而传统生物聚合物如羧甲基纤维素(CMC)和壳聚糖(CS)虽具环保性，却存在机械强度不足、亲水性过高等缺陷。如何通过绿色改性提升其性能，成为材料科学的重要挑战。

为此，伊朗科学技术大学的Saba Sabzevari团队在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》发表研究，创新性地采用柠檬酸(CA)交联CS/CMC制备水凝胶薄膜，通过调控CA浓度(12-24 wt.%)优化交联密度，并引入甘油作为增塑剂。研究通过傅里叶红外光谱(FT-IR)证实酯键形成，X射线衍射(XRD)分析结晶度变化，水蒸气透过率(WVP)和接触角测试评估疏水性，并结合热重分析(TGA)和扫描电镜(SEM)全面表征性能。

3.1. 傅里叶红外光谱分析

CA交联在1730 cm^?1处生成酯键特征峰，18 wt.% CA样品交联度最高（吸光度比1.0403），过量CA会因酸性环境降低交联效率。

3.2. 水蒸气阻隔性能

18 wt.% CA薄膜WVP低至7.68×10^?9 g h^?1 m^?1 Pa^?1，交联网络密度提升是主因，但过量CA会因塑化效应增加渗透性。

3.3. 机械与热性能

最优配方CSA18G的拉伸强度达7.12 MPa，断裂伸长率35.95%，热降解起始温度255°C，优于同类交联体系（如Bhowmik等2024年报道的没食子酸交联薄膜）。

3.8. 实际应用验证

在7天西兰花保鲜实验中，CSA18G薄膜延缓了蔬果黄变，效果优于商用聚丙烯包装，证实其食品保鲜潜力。

该研究不仅为生物基包装材料提供了性能优化新策略，其可控交联技术和多尺度表征方法还可拓展至药物递送、组织工程等领域。未来需进一步验证工业化生产的可行性及长期环境降解行为。