基于可可壳纤维素与天然蜡复合膜的创新食品包装材料：一种兼具抗氧化与生物降解性的可持续解决方案

为解决传统石油基塑料的环境污染问题，研究人员利用巧克力工业副产品可可壳(CS)提取纤维素并转化为羧甲基纤维素(CS-CMC)，通过天然蜡(蜂蜡/巴西棕榈蜡)表面修饰开发了新型生物可降解薄膜。该材料水接触角>125°、拉伸强度达3.58 MPa，兼具抗氧化活性(DPPH清除率62.9%)和28天土壤降解率66.87%，为食品包装提供了可持续解决方案。

　　

在全球每年产生440-750万吨可可壳废弃物的背景下，传统石油基塑料带来的环境压力与日俱增。尽管生物塑料被视为潜在替代品，但其发展面临原料与粮食竞争、亲水性过强等瓶颈。巧克力工业的副产品可可壳含有42%纤维素，却多被低值化利用，这为《Food Packaging and Shelf Life》最新研究提供了创新切入点。

研究团队采用分步提取法从可可壳获取纤维素：先以5% NaOH脱木质素，再用NaClO₂/CH_{3漂白，最终通过氯乙酸处理合成羧甲基纤维素(CS-CMC)，取代度(DS)达0.71。通过FTIR、SEM验证结构后，将CS-CMC与甘油/山梨醇塑化制成基膜，采用超声乳化-喷涂技术负载不同比例的蜂蜡(BW)/巴西棕榈蜡(CW)涂层。通过接触角测定仪、电子万能试验机等评估性能，并开展ABTS/DPPH抗氧化测试、HaCaT细胞实验及28天土壤降解实验。}

3.1 纤维素提取与功能化

两阶段处理获得25.32%产率的纯化纤维素，NaClO₂漂白使产物白度显著提升。CS-CMC的DS值(0.71)保证完全水溶性，SEM显示其片状形貌区别于原纤维素的致密结构。

3.3.1 化学与形貌特征

FTIR证实涂层膜在2915 cm^-1出现蜡特征峰。SEM显示25:75 BW/CW配比(CS-CMC^D)形成最均匀的纳米结构表面，接触角提升最显著。

3.3.2 力学性能

CS-CMC^D展现最优综合性能：拉伸强度3.58 MPa、穿刺强度17.95 N/mm²，比未涂层膜提升63%。蜂蜡单独使用时虽提高刚度但降低延展性。

3.3.3 物理特性

25:75 BW/CW涂层使水蒸气透过率(WVTR)降至0.20 g·mm/m2·day·kPa，透明度(%T₆₀₀)保持60%以上。该配比对所有测试液体(水/牛奶/果汁等)接触角均>125°。

3.3.4 生物功能与环境性能

50:50 BW/CW膜的DPPH清除率最高(62.9%)。细胞实验显示所有配方对HaCaT细胞活力>76%，其中纯巴西棕榈蜡膜达97.28%。土壤降解28天后，未涂层膜降解66.87%，涂层膜仍保持58%降解率。

这项研究开创性地将食品工业废弃物转化为高性能包装材料，其创新点在于：首次采用可可壳CMC与天然蜡复合体系，通过精确调控75%巴西棕榈蜡比例，在机械强度(3.58 MPa)、水汽阻隔性(WVP降低88%)和生物降解性(58%)之间实现最佳平衡。相比传统PLA/PHA生物塑料，该材料原料成本降低且不与粮食竞争，为循环生物经济提供了可规模化实施的解决方案。未来研究可进一步优化涂层工艺稳定性，并开展真实食品体系的保鲜效果验证。