《Food Bioscience》：Nitrogen-doped carbon dots from chicken bone biomass: A multifunctional nanomaterial in active poly(vinyl alcohol)/gellan gum films for chicken meat preservation
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•通过PEI修饰成功从鸡骨中合成了N-CDs。•尺寸效应和电荷效应赋予了N-CDs抗菌和抗氧化性能。•N-CDs提高了PVA/GG/N-CDs复合膜的机械性能、阻水蒸气和阻挡紫外线的能力。•PVA/GG/N-CDs复合膜显著延长了新鲜鸡胸肉的保质期。引言随着生活水平的提高，确保食
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通过PEI修饰成功从鸡骨中合成了N-CDs。
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尺寸效应和电荷效应赋予了N-CDs抗菌和抗氧化性能。
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N-CDs提高了PVA/GG/N-CDs复合膜的机械性能、阻水蒸气和阻挡紫外线的能力。
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PVA/GG/N-CDs复合膜显著延长了新鲜鸡胸肉的保质期。
引言
随着生活水平的提高，确保食品安全已成为生产者和消费者的首要任务。肉类产品富含蛋白质和水分，容易在运输和储存过程中变质，这给企业和市场带来了巨大的经济损失（Khan等人，2023年；Likhar等人，2026年）。传统包装主要起到物理屏障的作用，但在主动防止氧化反应或微生物生长方面的能力有限（Lorenzo等人，2014年；Wang等人，2023年）。此外，基于石油的塑料包装材料由于其不易降解性，正在引发日益严重的生态问题（Liu等人，2023年；Abedi-Firoozjah等人，2025年）。2019年全球塑料垃圾产生量达到3.53亿吨，其中仅有9%得到了回收（OECD，2022年）。因此，开发能够同时提高保鲜性能、安全性和可持续性的多功能包装系统已成为食品包装领域的一个挑战。
可生物降解的聚合物基包装材料作为可持续替代品越来越受到关注。聚乙烯醇（PVA）因其优异的机械强度、透明度和成膜性能而被认为是一种有前景的包装基质（Goel等人，2023年；Sobhiga、Maria等人，2024年；Arora等人，2025年）。吉兰胶（GG）是一种通过微生物发酵获得的阴离子线性多糖，由葡萄糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸组成（Li等人，2025年）。它还具有更好的凝胶性能和pH稳定性，并且更容易实现均匀溶解和稳定混合（Ahmed等人，2023年）。然而，强链间键合可能会限制其变形性，导致薄膜变得脆弱。将GG与PVA混合为一个理想的平台，用于构建性能可调的绿色包装基材。GG链段上的羧基和羟基有助于与PVA形成稳定的氢键网络，在分子层面实现结构协同效应（Hou等人，2024年）。先前的研究已经证明了制备GG/PVA混合膜的可行性及其性能依赖于配方（Sudhamani等人，2003年）。然而，传统的可生物降解包装系统仍然难以满足这些需求。例如，虽然添加精油和纳米颗粒等物质可以提高复合膜的功能性能，但有时难以同时保持复合膜的机械性能和屏障性能（Xu等人，2017年；Keshamo，2026年）。将多功能纳米材料结合到可生物降解的聚合物基质中为解决这些限制提供了一个有前景的方法（Bahramian等人，2025年；Khezerlou等人，2026年）。
碳点（CDs）作为一种有前景的添加剂，的出现有助于克服食品包装材料在功能活性方面的局限性。它们易于合成和表面功能化，具有优异的生物相容性和环保性，逐渐成为开发活性功能包装膜的有吸引力的选择（Li等人，2021年）。从结构角度来看，CDs丰富的表面官能团促进了薄膜基质内的强界面相互作用，类似于增塑剂，增强了包装材料的物理性能（Wu等人，2024年）。在功能方面，CDs同时具有电子供体和自由基清除能力，赋予包装材料显著的紫外线抗性、抗菌性能和抗氧化性能（Zhao等人，2023年）。使用农业、林业和其他来源的生物质废物合成CDs已成为研究热点（Khan等人，2024年；Luan等人，2025年；Sadiq等人，2025年）。迄今为止报道的大多数生物前体都是来自植物或食物来源的富含碳的材料，例如香蕉皮（Chen等人，2024年）、葡萄柚皮（Fan等人，2026年）和黄瓜皮（Moradian等人，2025年）。制备的CDs材料的性能在很大程度上取决于前体的类型和水热反应条件。
家禽已成为全球肉类生产增长最快的领域，这引起了对其副产品的利用的关注。目前，鸡骨大多被加工成饲料或肥料，产品附加值较低。在之前的研究中，我们成功地从鸡骨中提取了鸡骨明胶，并制备了用于食品保鲜的乳液（Ma等人，2024年）。但是，提取过程相对繁琐，需要大量的化学试剂，并且存在环境污染问题。值得注意的是，水热法常用于从生物质原料制备CDs材料（Cui等人，2023年）。鸡骨本身富含天然杂原子，使其适合作为掺杂CDs的前体。然而，基于动物衍生物的生物质对CDs进行功能化研究的数量相对较少。
因此，本研究选择鸡骨作为生物质碳源，并采用了氮掺杂改性的方法合成N-CDs。同时也巧妙设计了PVA/GG复合膜，并研究了不同浓度（2.5/5.0/7.5 wt%）的N-CDs对复合膜的影响。研究还证明了N-CDs在储存过程中对新鲜鸡肉的有效保鲜效果。本研究建立了基于鸡骨的N-CDs在可生物降解活性包装系统中的“结构-性能-保鲜”关系。这些研究结果旨在促进动物衍生生物质的高价值利用，并为开发新型、可持续的食品包装材料提供研究基础。
章节摘录
材料
鸡大腿骨由南京黄家庄食品科技有限公司（中国南京）提供。聚乙烯亚胺（PEI，CAS编号9002-98-6，分子量1800，纯度99%）、甘油和过滤膜（0.22 μm）从上海MacLean生化科技有限公司（中国上海）购买。聚乙烯醇（PVA，等级1788，CAS编号9002-89-5，水解度87.0–89.0 mol%）、乙二胺四乙酸（EDTA）、氧化镁（MgO）、硫代巴比妥酸（TBA）等。
N-CDs的特性
通过水热合成得到的N-CDs在365 nm的紫外光照射下显示出鲜艳的蓝色荧光。在可见光下，它呈现淡黄色（图1A），表明荧光纳米结构已成功地从鸡骨生物质中形成。这种荧光行为通常与生物质前体在水热处理过程中的碳化和表面钝化有关（Li等人，2023年）。N-CDs是均匀分布的准球形纳米颗粒。
结论
本研究成功使用鸡骨作为生物质原料制备了N-CDs，并制备了可生物降解的抗菌复合膜（PVA/GG/N-CDs）。(1) 所获得的N-CDs具有超小粒径（2.17±0.62 nm）和正电荷表面基团（+8.76±0.25 mV）。它还表现出典型的激发波长依赖性荧光发射。N-CDs的尺寸效应、电荷效应和丰富的表面官能团赋予了其抗菌和抗氧化性能。
CRediT作者贡献声明
郑彦钊：撰写——原始草稿、验证、方法论、调查、正式分析。侯金雪：软件、方法论、数据管理。孙景鑫：方法论、概念化。黄子阳：监督、方法论、概念化。黄继超：监督、方法论、概念化。黄鸣：监督、资金筹集
未引用的参考文献
Cui等人，2024年；Cui等人，2024年；Liu等人，2023年；Sobhiga等人，2024年；Wang等人，2023年；Zhao等人，2022年；Zhao等人，2023年。
利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2024YFD2100404）、山东省重点研发计划（2023TZXD035）、泰山产业领军人才计划和中国农业研究体系（CARS-41-Z）的资助。
郑彦钊|侯金雪|孙景鑫|黄子阳|黄继超|黄鸣
