废弃衍生的余甘子种子碳点增强Gond Katira薄膜，作为多功能可生物降解包装材料用于香蕉保鲜

《Journal of Stored Products Research》：Waste-derived carbon dots from Syzygium cumini seeds reinforced Gond Katira films as multifunctional biodegradable packaging for banana preservation

　　

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  余甘子（Syzygium cumini）种子废弃物被升级为光致发光碳点。
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  碳点增强了卡提拉胶（Gond Katira）薄膜的力学性能并提升了抗氧化功能。
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  1.0% SCSCD赋予了复合薄膜最佳的力学性能。
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  1.5% SCSCD薄膜减缓了香蕉的呼吸、软化和糖分积累。

引言

新鲜水果在收获后仍保持代谢活性，因此在处理、运输、贮藏和流通过程中会经历逐步的生理、生化和微生物学劣变。这些变化是导致食品损失的重要因素，降低了营养价值和商业价值，并加剧了因农业资源浪费而产生的环境负担。香蕉尤其易受这些影响，这与其较高的代谢活性、脆弱的质地、水分流失、机械敏感性及易受微生物腐败有关。作为一种呼吸跃变型且极易腐烂的水果，香蕉在到达消费者手中之前就可能遭受相当大的损失；据报道，在某些供应链中，运输和流通期间的损失率可达约25–50%，这强烈取决于处理方式、温度、贮藏条件和可用基础设施。因此，能够减缓采后生理劣变的技术对于维持香蕉品质和减少食品浪费至关重要（Al-Dairi等，2023；Brat等，2020）。香蕉较短的采后寿命主要与其呼吸跃变型成熟行为有关。成熟绿色果实初期乙烯产生量和呼吸速率较低，但成熟启动会触发自催化乙烯合成显著上升，同时伴随明显的呼吸跃变。乙烯激活一系列协调的成熟过程，包括叶绿素降解、淀粉转化为可溶性糖、细胞壁解聚、组织软化、香气形成以及最终的衰老。与此同时，细胞呼吸增强会消耗O₂并释放更多CO₂，使得顶空气体CO₂的积累成为呼吸强度和成熟进程的重要指示指标。因此，果实环境中乙烯的积累可以加速成熟，并通过刺激呼吸代谢间接增加CO₂的产生。重要的是，CO₂本身不应简单地被描述为促进呼吸的作用，因为在受控条件下，足够高的CO₂浓度实际上可以抑制香蕉的呼吸跃变（Brat等，2020；Liu等，2004）。包装是通过控制O₂、CO₂、水蒸气及其他挥发性物质在果实与周围环境之间的转移来调节采后变化的有效方法。可生物降解薄膜尤其具有前景，因为它们可以在保持品质的同时减少对环境持久型石油基塑料的依赖。通过创造受控微环境，半透性生物聚合物薄膜可以限制水分流失，并在气体交换适当平衡时减缓呼吸和代谢活动，从而延迟成熟。活性可生物降解包装可通过掺入抗氧化剂、抗菌剂、乙烯调节组分或其他功能性纳米材料进一步增强保鲜效果。近期研究表明，可生物降解活性包装可以延缓香蕉的水分流失、褐变、软化、营养流失、成熟和衰老；而近期的综述文章指出，调节气体交换、呼吸和乙烯是香蕉有效包装所需的关键功能（Gang等，2024；Kalita等，2026）。在新兴活性包装纳米材料中，碳点（CDs）引起了广泛关注。碳点通常被定义为类球形、零维碳质纳米粒子，特征尺寸通常低于10 nm，含有富含碳的sp²/sp³结构域，并被丰富的表面官能团（如羟基、羧基、羰基和氨基）所包围。其纳米尺度尺寸、良好的水分散性、光致发光特性、可调节的表面化学性质、紫外吸收能力、抗氧化活性以及简便的合成方法，使碳点成为可生物降解聚合物薄膜的理想功能性添加剂。当碳点被掺入聚合物基体时，可以改变分子间相互作用，从而影响薄膜的力学强度、光学行为、热稳定性、耐水性和阻隔性能，同时还能提供额外的抗氧化和抗菌功能（Deepika等，2023）。重要的是，已有研究表明，CD/PVA复合薄膜改善了多种薄膜功能特性，并显著延缓了包装香蕉的劣变（Zhao等，2022a）。因此，含碳点薄膜可能通过改善阻隔性能、抗氧化活性和微环境控制的综合作用来抑制采后代谢；然而，每种类型的碳点是否具有直接的乙烯清除活性应通过实验证明，而非假定（Zhao等，2022a）。从农业和食品加工副产物生产碳点提供了一种可持续途径，将纳米材料开发与废弃物增值和循环生物经济理念相结合。植物源性残留物含有大量富含碳的组分，包括碳水化合物、木质纤维素材料、蛋白质和酚类化合物，使其成为适合用于水热合成等自下而上碳化方法的低成本前驱体。将这些材料转化为碳点既可以减轻有机废弃物负担，又能产生具有光学、抗氧化、抗菌和表面功能特性的增值纳米材料（Oladzadabbasabadi等，2023）。这种方法尤其适用于余甘子（Syzygium cumini）种子，这是一种富含碳的植物残留物。Pricilla等人证明，余甘子（S. cumini）种子提取物可以通过水热法转化为纳米尺度碳点，表现出激发依赖性光致发光和抗菌活性，证实了这种生物质作为功能性碳点前驱体的可行性（Pricilla等，2024）。对于实际食品包装应用，碳点需要一种适当的可生物降解基体，使其均匀分散并提供足够的成膜能力和结构完整性。卡提拉胶（Gond Katira，当指食品级黄芪胶时），是一种可再生、亲水性、阴离子多糖，具有显著的增稠、稳定、凝胶化和成膜性能，作为可生物降解食用品质薄膜和涂层的基体受到越来越多的关注（Ma等，2025；Nejatian等，2020）。其多糖结构含有许多极性官能团，能够与碳点表面的含氧和含氮官能团形成分子间缔合，包括氢键。这种相互作用有可能改善纳米填料的分散性，并改变所得复合基体的流变学、力学、阻隔、光学和功能特性，尽管过高的纳米填料负载量反而可能促进颗粒团聚和结构异质性。因此，将余甘子（Syzygium cumini）种子衍生碳点掺入卡提拉胶（Gond Katira）基体中，为开发一种可结合废弃物增值、可再生包装和改善呼吸跃变型香蕉采后管理功能的可生物降解活性薄膜提供了合理的策略。本研究的创新之处在于阐明了余甘子（Syzygium cumini）种子衍生碳点（SCSCD）与卡提拉胶（GK）多糖基体之间浓度依赖性的界面相互作用。SCSCD表面含氧和含氮官能团促进了与GK链的非共价相互作用，特别是氢键，从而改变了聚合物组织结构、链段运动性和网络结构。适度的SCSCD负载量增强了基体增强效果，而过高的负载量则促进了纳米点的团聚和结构异质性。这些结构与相互作用的关联被联系到薄膜流变学、力学、热学、阻隔、抗氧化和香蕉保鲜性能的改善。该方法将农业废弃物增值与活性包装相结合，同时改变薄膜功能并延缓采后成熟。

各章节摘要

材料

卡提拉胶（黄芪胶；CAS号：9000-65-1；标示纯度≥99%）用作成膜生物聚合物。2,2-二苯基-1-苦基肼基自由基（DPPH）和2,2'-偶氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（ABTS）购自Sigma-Aldrich（美国），甘油由Gamma Scientific Co.（埃及）供应。成熟余甘子（Syzygium cumini）果实于2025年9月至10月间采集自埃及农业研究中心农场的植株。将种子从果实中分离出来

所制备碳点的FT-IR光谱

余甘子（Syzygium cumini）种子衍生碳点（SCSCD）的FT-IR光谱（图1A）证实了生物质衍生碳点所特有的多种含氧表面官能团的存在。约3400–3500 cm^?1处的宽峰主要归属于O–H伸缩振动，而约2900–3000 cm^?1附近的弱峰对应于脂肪族C–H伸缩振动。1700–1750 cm^?1区域的吸收表明存在C=O基团，如羧基/羰基官能团，而约

结论

本研究证明，余甘子（Syzygium cumini）种子衍生碳点可以成功掺入卡提拉胶薄膜中，制备出具有改善的结构、力学、热学、阻隔、抗氧化和生物降解特性的多功能可生物降解包装材料。碳点的掺入增强了聚合物基体内部的相互作用，而较高的掺入量则对包装香蕉提供了最强的保鲜效果，通过抑制乙烯

CRediT作者贡献声明

Sara A. Gomaa：概念化、方法学、资源、软件、监督、写作—原稿撰写。Eman Sami Ibrahim：资金获取、形式分析、数据整理、概念化。Mahmoud Khalil：资金获取、形式分析、数据整理、概念化。Neama A. Abdelrahman Shalaby：形式分析、数据整理、概念化。Mohamed M. Aly-Aldin：资金获取、形式分析、数据整理、概念化。Mohamed Abdin：形式分析、数据

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

致谢

作者对Nuriah ??? ??? ??????公主大学研究支持项目（编号：PNURSP2026R894）表示衷心感谢，沙特阿拉伯利雅得努拉公主大学。此外，感谢埃及本哈大学（BNU）汇聚科学与新兴技术中心（CoSET）对本研究的资助。

Sara A. Gomaa|Eman Sami Ibrahim|Mahmoud Khalil|Neama A. Abdelrahman Shalaby|Mohamed M. Aly-Aldin|Mohamed Abdin|Huda Ahmad Alamer|S.F. Elsisi