环保创新：利用盐生莲（Lotus halophilus）提取物、聚乙烯醇和瓜尔胶制成的可生物降解且耐油的包装袋，用于可持续食品包装

《Food Science & Nutrition》：Eco-Friendly Innovation: Biodegradable and Oil-Resistant Bags From Lotus halophilus Extract, Polyvinyl Alcohol, and Guar Gum for Sustainable Food Packaging

本研究通过将聚乙烯醇（PVA）、Guar Gum和Lotus halophiles纯提取物（LHE）混合制备可生物降解的小袋包装材料，评估了其颜色、机械性能、热稳定性和结晶特性。结果表明，1% LHE添加量使薄膜不透明度提升至4.132，水分含量降低至9.87%，水蒸气渗透率降至2.121×10^-10 g·m?1·s?1·Pa?1，同时薄膜表面光滑度随LHE浓度增加先变优后变劣。FTIR证实PVA与GG的物理相互作用，XRD和DSC/TGA分析显示薄膜结晶度和热稳定性优异。该材料可有效延长橄榄油保质期并减少环境污染。

　　本研究聚焦于开发一种具有生物降解性和有效保护性能的橄榄油包装材料。传统的食品包装材料多采用石油基聚合物，这类材料虽然在成本、轻便性、耐用性、柔韧性和阻隔性能方面表现优异，但其对环境的负面影响也日益凸显。全球每年生产超过3.8亿吨塑料，其中食品包装行业占据了约一半的塑料污染，主要原因在于大量使用寿命有限的原始塑料。因此，寻找可持续的替代材料成为当前包装行业的重要课题。生物降解材料不仅能够减少环境污染，还能有效延长食品的保质期，特别是对于像橄榄油这样容易氧化变质的食品，其包装材料需要具备良好的抗氧化和阻隔性能。

为了应对这一挑战，研究团队尝试将天然提取物与合成聚合物相结合，开发出一种新型的复合包装材料。聚乙烯醇（PVA）作为一种合成高分子材料，因其无色、无毒、良好的成膜性和在不同有机溶剂中的耐久性，成为包装材料的理想选择。此外，PVA还具备良好的粘合性能，广泛应用于纸张粘合剂和包装材料。而瓜尔胶（GG）是一种从印度木豆（*Cyamopsis tetragonoloba*）种子中提取的非离子型天然聚合物，具有较高的粘度和优良的增稠性能，是开发生物降解材料的常用成分。它不仅成本低廉，而且具备良好的生物相容性和可降解性，能够有效改善包装材料的物理性能。

研究的重点在于引入一种来自豆科植物——盐生莲（*Lotus halophilus*）的提取物（LHE）作为功能性添加剂。盐生莲是一种广泛分布于地中海地区、伊朗和阿拉伯半岛的年生草本植物，其叶片中含有丰富的酚类化合物，这些化合物具有强大的抗氧化能力。通过将LHE与PVA和GG复合，研究团队希望开发出一种兼具物理阻隔性能和抗氧化功能的包装材料，从而有效保护橄榄油的品质，延长其保质期。这种材料不仅能够防止氧气和光线对橄榄油的破坏，还能在储存过程中主动抑制氧化反应的发生。

为了实现这一目标，研究团队首先对盐生莲叶片进行了提取处理。提取过程包括将干燥的叶片粉末浸泡在70%乙醇中，并利用超声波设备进行处理，以提高提取效率。提取液经过真空过滤和离心后，被冷冻干燥成粉末状，随后通过柱层析技术进一步纯化。最终获得的LHE提取物具有较高的抗氧化活性，能够为包装材料提供额外的保护功能。

在材料制备方面，研究团队采用PVA和GG的混合体系作为基础基质，加入不同浓度的LHE提取物（0.5%、1%、1.5%）来制备三种不同的复合包装薄膜。PVA和GG的混合过程分为两个步骤：首先将PVA溶解于蒸馏水中，随后将GG溶解于纯净水中，两者混合后在一定温度下搅拌，形成均匀的薄膜溶液。在制备过程中，加入适量的甘油作为塑化剂，以提高薄膜的柔韧性和延展性。最终，将混合液倒入培养皿中，在恒温干燥箱中干燥7小时，形成薄膜样品。干燥后的薄膜被小心取出，并置于干燥器中保存，以便进行后续的性能测试。

为了全面评估所制备薄膜的性能，研究团队采用了一系列先进的分析技术。其中包括扫描电子显微镜（SEM）用于观察薄膜的表面和截面结构，傅里叶变换红外光谱（FT-IR）用于分析薄膜的化学组成和分子间相互作用，X射线衍射（XRD）用于研究薄膜的结晶行为，差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）用于评估薄膜的热稳定性。此外，还进行了水接触角（WCA）测试，以衡量薄膜表面的润湿性，以及水分含量、溶解度和水蒸气透过率（WVP）的测定，以评估薄膜的阻隔性能。

通过SEM分析，研究团队发现添加不同浓度的LHE提取物会对薄膜表面结构产生显著影响。1%浓度的LHE提取物使薄膜表面更加平滑，而1.5%浓度则导致表面变得粗糙。这种变化可能与LHE提取物中的多酚类物质在薄膜基质中的分布和相互作用有关。FT-IR分析进一步证实了PVA和LHE提取物之间存在物理相互作用，这表明LHE提取物能够有效增强薄膜的结构稳定性，提高其物理性能。

XRD分析结果显示，随着LHE浓度的增加，薄膜的结晶行为发生变化。这可能意味着LHE提取物在薄膜中起到了一定的成核作用，影响了材料的微观结构。DSC和TGA测试则揭示了薄膜在不同温度下的热行为。研究发现，添加LHE提取物能够显著提高薄膜的热稳定性，使其在较高温度下仍能保持结构完整，这对橄榄油的长期储存具有重要意义。

在阻隔性能方面，薄膜的水分含量、溶解度和水蒸气透过率均表现出显著下降。例如，添加1% LHE的薄膜水分含量降至9.87%，溶解度降低至18.71%，水蒸气透过率仅为2.121×10?1? g·m?1·s?1·Pa?1。这些数据表明，LHE提取物能够有效降低薄膜的吸湿性，提高其对水分的阻隔能力，从而减少橄榄油在储存过程中因水分渗透而发生的质量变化。同时，水接触角测试显示，添加LHE的薄膜表面润湿性显著降低，这说明薄膜表面变得更加疏水，进一步增强了其阻隔性能。

在机械性能方面，研究团队通过拉伸测试评估了薄膜的抗张强度（TS）和断裂伸长率（EB）。测试结果表明，随着LHE浓度的增加，薄膜的机械性能呈现先增强后减弱的趋势。其中，1%浓度的LHE提取物使薄膜的抗张强度和断裂伸长率达到最佳状态，这可能是因为LHE在一定浓度范围内能够有效增强薄膜的分子间作用力，从而提高其机械强度。然而，当LHE浓度超过1%时，薄膜的机械性能反而有所下降，这可能是由于过量的LHE提取物破坏了薄膜的均匀性，导致结构不稳定性。

此外，研究团队还评估了薄膜的生物降解性。由于LHE提取物来源于植物，其成分具有天然的生物降解特性，因此在薄膜中引入LHE能够显著提高材料的环境友好性。实验结果表明，添加LHE的薄膜在模拟自然降解条件下表现出更快的分解速度，这意味着它们在使用后能够更快地降解，减少对环境的长期负担。

总体而言，这项研究成功开发出一种由PVA、GG和LHE提取物组成的复合包装材料，具有良好的物理性能、热稳定性和生物降解性。该材料不仅能够有效阻隔水分和氧气的渗透，还能通过其抗氧化特性保护橄榄油的品质，延长其保质期。研究结果表明，LHE提取物在0.5%至1.5%的浓度范围内对薄膜性能有显著影响，其中1%浓度的薄膜表现出最佳的综合性能。这一发现为未来开发高性能、环保型食品包装材料提供了重要的理论依据和实验支持。

当前，随着消费者对环保和健康食品的关注不断加深，市场对可降解包装材料的需求也在快速增长。然而，传统生物降解材料往往存在机械性能不足、成本较高或环境适应性差等问题。通过将PVA和GG与LHE提取物结合，研究团队不仅克服了这些局限，还为包装材料赋予了新的功能特性。这种材料的应用有望在食品包装领域带来革命性的变化，特别是在橄榄油等易氧化食品的包装方面。

此外，研究团队在实验过程中采用的多种分析技术也为材料科学的发展提供了宝贵的参考。例如，SEM和FT-IR技术能够直观地展示材料的微观结构和化学组成，而XRD、DSC和TGA则能够深入揭示材料的结晶行为和热稳定性。这些技术的综合应用，不仅有助于全面评估材料的性能，也为后续的材料优化和大规模生产提供了科学依据。

在实际应用中，这种新型包装材料可以用于橄榄油的小包装，如便携式油瓶或独立包装袋，以减少油品在运输和储存过程中的损耗。同时，由于其良好的生物降解性，这种材料在使用后不会对环境造成持久污染，符合当前可持续发展的趋势。研究团队还指出，这种材料的制备方法具有一定的可扩展性，未来可以通过调整LHE的浓度或与其他天然提取物结合，进一步优化其性能，以满足不同食品包装的需求。

最后，研究团队强调了植物提取物在食品包装材料中的广泛应用前景。除了LHE，其他植物提取物如天然色素、精油和多酚类物质也具有良好的抗氧化和抗菌性能，可以作为功能性添加剂用于包装材料的开发。这种趋势不仅符合绿色化学的发展方向，也推动了食品包装行业向更加环保和高效的方向迈进。未来的研究可以进一步探索不同植物提取物对包装材料性能的影响，以开发出更加多样化和高效的生物降解包装解决方案。