《Food Bioscience》：Valorization of red ginseng marc into functional carbon dots for melt-processed sustainable PBAT/LDPE composite films
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从红人参渣（RGM）中提取的碳点（CD）被重新利用为活性包装添加剂。
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通过双螺杆挤出工艺制备了基于PBAT/LDPE的复合薄膜。
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PBAT/LDPE/R-CD复合薄膜表现出优异的抗菌和抗氧化性能。
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该复合薄膜增强了对UV-A和UV
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从红人参渣（RGM）中提取的碳点（CD）被重新利用为活性包装添加剂。
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通过双螺杆挤出工艺制备了基于PBAT/LDPE的复合薄膜。
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PBAT/LDPE/R-CD复合薄膜表现出优异的抗菌和抗氧化性能。
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该复合薄膜增强了对UV-A和UV-B的屏蔽效果。
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这种活性薄膜在冷藏储存过程中能够保持鸡大腿的质量。
引言
食品包装在储存和分销过程中起着关键作用，它通过提供保护、便利性以及信息传递来确保食品的安全性和质量。然而，对低加工食品需求的增加、更长的分销链以及延长保质期等因素使得包装的功能超越了单纯的防护作用。活性包装系统旨在与包装内的食品或其周围环境相互作用，通过吸收不需要的物质或释放功能性化合物来帮助维持食品质量并延长保质期（Azevedo等人，2022年）。因此，人们非常关注那些能够为传统包装系统赋予抗氧化、抗菌等保护性能的功能性材料，而无需直接向食品中添加功能性添加剂（Deshmukh & Gaikwad，2024年；Wyrwa & Barska，2017年）。
在研究用于活性包装的各种功能性纳米材料中，碳点（CD）因其易于合成、相对较低的毒性、丰富的表面官能团以及良好的物理化学稳定性而受到越来越多的关注（Khan等人，2023年；Yang等人，2023年）。碳点由一个类石墨的sp2杂化碳核心组成，其结构类似于石墨烯，并且含有大量的极性官能团，如羧基、羟基和氨基（Jayakumar等人，2024年）。这些结构特性赋予碳点可调的表面化学性质和光学性能，以及抗氧化、抗菌和传感功能（Giordano等人，2023年；Riahi, Khan, Ebrahimi等人，2025年）。此外，碳点在紫外线照射和不同pH条件下的稳定性进一步支持了其在食品包装环境中的应用潜力（Dua等人，2023年）。重要的是，碳点可以通过生物质衍生物的自下而上碳化过程制备，这为同时利用食品加工废弃物开发功能性包装材料提供了有利的机会（Khan等人，2024年；Riahi, Khan, Lee等人，2025年；Riahi, Khan, Rhim等人，2025年）。
红人参渣（RGM）就是这样一种具有潜在价值的生物质资源。红人参（RG）是通过蒸煮和干燥Panax ginseng的根制成的，在亚洲国家因被认为具有健康益处而被广泛食用（H. E. Zhang等人，2022年）。在RG产品的制造过程中，提取可溶性功能性化合物后会产生大量的RGM。尽管这种残留生物质含有丰富的有机成分，可以转化为高附加值材料，但它通常被视为低价值的副产物。随着RG产品生产和消费量的增加，将RGM转化为功能性碳基材料成为减少生物质浪费并创造具有技术附加值的材料的有效策略。
然而，除了选择可持续的前体外，碳点在食品包装中的实际应用还很大程度上取决于其与聚合物基体的相容性以及工业加工的可行性。迄今为止报道的许多含碳点的包装薄膜都是使用溶液浇铸方法制备的，这种方法在实验室规模上是可行的，但并不能完全代表传统的热塑性薄膜加工技术。将富含官能团的碳点引入可熔融加工的聚合物中也存在挑战，因为在热加工过程中需要维持纳米粒子的分散性、聚合物与填料的相互作用以及功能性物质的保留。因此，开发具有合适熔融加工性的聚合物基底对于将基于碳点的活性包装技术转化为实际应用至关重要。
聚丁酸亚酸酯-对苯二甲酸酯（PBAT）是一种可生物降解的脂肪族-芳香族共聚酯，具有高柔韧性、良好的加工性能和有利的机械性能，使其成为替代石油基塑料的潜在材料（Jiao等人，2024年）。相比之下，低密度聚乙烯（LDPE）由于其优异的防潮性、足够的机械强度和经济性，仍然是最常用的柔性食品包装材料之一（Kechagias等人，2024年）。将PBAT与LDPE混合提供了一个实用的熔融加工平台，结合了LDPE的优良加工和阻隔性能以及PBAT提供的更具极性的酯类环境。这样的基底可能与富含官能团的碳点有更好的相互作用，从而促进其功能性的发挥，同时保持薄膜生产所需的加工性能。
基于此，本研究旨在开发含有从RGM中提取的碳点的PBAT/LDPE活性包装薄膜。使用2-L水热反应器将RGM转化为功能性碳点（R-CD），然后通过熔融复合和双螺杆挤出将其 incorporated 到PBAT/LDPE基底中。系统评估了所得薄膜的结构、形态、光学、氧气透过率、机械性能、抗氧化性和抗菌性能，以确定R-CD的加入效果。最后，通过将鸡肉大腿在4°C下储存15天的实验，评估了这些薄膜作为活性食品包装材料的实际潜力。本研究通过结合生物质利用、可扩展的碳点制备、基于熔融的薄膜加工和食品储存验证，提供了一种从食品加工副产物开发多功能活性包装材料的实用策略。
章节片段
材料
干燥并研碎的红人参渣（RGM）由KGC有限公司（韩国大田）提供。聚丁酸亚酸酯-对苯二甲酸酯（PBAT）颗粒（BG 1000级，熔融流动指数为2-5 g/10 min，密度为1.25 g/mL）和低密度聚乙烯（LDPE）颗粒（商业级，熔融流动指数为0.3-2.0 g/10 min，密度为0.92 g/mL）分别由ANKOR Bioplastics（韩国沃努）和Hanwha TotalEnergies Petrochemical有限公司（韩国首尔）提供。使用的细菌菌株包括
R-CD的形态和光学性能
图1a展示了几乎球形且均匀分散的R-CD的HR-TEM图像。观察到间距为0.323 nm的晶格条纹，对应于石墨碳的（002）平面（Rahal等人，2021年）。粒子大小分布在4到9 nm之间，平均直径为6.39 ± 1.50 nm（图S1）。
R-CD溶液在可见光下呈黄色，在360 nm紫外线照射下会发出蓝色荧光，表现出光致发光特性。
结论
在这项研究中，RGM成功转化为功能性R-CD，并通过熔融复合和双螺杆挤出技术将其 incorporated 到PBAT/LDPE热塑性薄膜中。通过将R-CD的合成工艺与基于熔融的薄膜加工技术相结合，建立了一条将生物质衍生的功能性纳米材料应用于包装系统的实用途径。R-CD的加入增强了薄膜的紫外线屏蔽、抗氧化和抗菌性能，而没有显著影响其他性能。
作者贡献声明
Jun Tae Kim：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、概念构思。Sanghee Han：方法学研究。Hyo Jin An：撰写——初稿撰写、可视化、验证、方法学研究、调查、概念构思。Gye Hwa Shin：撰写——审阅与编辑。Seok-Geun Lee：方法学研究。
未引用参考文献
Ezati等人，2022年；Ezati等人，2022年；Hong等人，2024年；Riahi等人，2025年；Riahi等人，2025年。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的报告内容。
致谢
本研究得到了韩国政府（MSIT）资助的韩国国家研究基金会（NRF）（RS-2022-NR068166）的支持。
Hyo Jin An | Sanghee Han | Seok-Geun Lee | Gye Hwa Shin | Jun Tae Kim
