《Food Chemistry》：Visible light-induced antibacterial pea protein isolate/bacterial cellulose composite films incorporated with nitrogen-doped carbon dots for strawberry preservation
编辑推荐：
•氮掺杂可使源自黑色素的碳点从负电荷转变为正电荷。•PPI/BC@N-MCDs薄膜在光照下能产生活性氧，从而具备良好的抗菌效果。•BC能够提升PPI薄膜的机械强度与阻隔性能。•PPI/BC@N-MCDs薄膜可延长草莓储存期间的保鲜时间。•PPI/BC@N-MCDs薄膜具有生物降解
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氮掺杂可使源自黑色素的碳点从负电荷转变为正电荷。
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PPI/BC@N-MCDs薄膜在光照下能产生活性氧，从而具备良好的抗菌效果。
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BC能够提升PPI薄膜的机械强度与阻隔性能。
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PPI/BC@N-MCDs薄膜可延长草莓储存期间的保鲜时间。
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PPI/BC@N-MCDs薄膜具有生物降解性，且对环境友好。
引言
随着公众对食品安全、环境污染以及传统不可降解石油基塑料所带来的健康风险的关注日益增加（Fan等人，2025），预计到2050年全球石油基塑料的产量可能达到约400亿吨，每年有近1000万吨塑料垃圾进入海洋（Jiang等人，2025；F. Yang等人，2026）。因此，在全球可持续发展战略以及日益严格的环保法规推动下，诸如蛋白质和多糖这类具有良好生物相容性和生物降解性的天然生物质材料，逐渐成为石油基聚合物的理想替代品。豌豆蛋白分离物是一种植物源蛋白质，成本低、来源广泛，且氨基酸组成均衡（Cheng & Cui，2021），已被广泛用于制备蛋白质基薄膜。然而，基于PPI的薄膜通常存在机械强度低、阻隔性能差、吸水性强以及功能单一等问题，这限制了其在食品包装领域的应用（Xu等人，2023）。将多糖引入PPI基质是提升薄膜性能的有效策略（C. Zhang等人，2024）。
细菌纤维素是一种通过微生物发酵产生的纳米纤维状多糖，由通过β-1,4-糖苷键连接的d-葡萄糖单元构成，具有高纯度、高机械强度和高结晶度的特点（X. Liu等人，2022）。它在生物医药、包装及相关领域展现出广阔的应用前景（Manan等人，2022；Martirani-VonAbercron & Pacheco-Sánchez，2023）。例如，Li等人（2025）研制了一种BC/聚乙烯醇复合薄膜，其中BC的氢键作用与纳米纤维结构提升了复合薄膜的结晶度和阻隔性能，而二氧化钛则赋予其抗菌功能，使其适合用于包装领域。Zhou等人（2022）则制备出了具有抗氧化和抗菌性能的多功能生物降解薄膜，并将其成功应用于鱼类保鲜。这些研究表明，引入BC能够提升薄膜的结构稳定性和性能。不过，随着食品包装功能要求的提高，单组分体系往往难以满足需求，因此多功能纳米材料逐渐成为研究热点（Ezati, Priyadarshi等人，2022）。
在各类纳米材料中，碳点因其独特的结构和光化学性质而备受关注。碳点属于零维碳基纳米材料，尺寸小于10纳米，表面富含羧基、羟基和氨基等功能团。它们具有优异的水溶性、生物相容性，以及天然的抗氧化和抗菌潜力（Ezati, Rhim等人，2022）。先前的研究已经表明，碳点在光照作用下能够产生活性氧，从而实现光动力诱导的抗菌效应（N. Chen等人，2024；N. Gao等人，2026），因此有望替代金属纳米颗粒和抗生素等传统抗菌剂（Khan等人，2025）。值得注意的是，与带负电的碳点相比，带正电的氮掺杂碳点通常具有更强的抗菌性能。这主要是由于引入了质子化的胺/酰胺基团，这类基团能够调节表面电子结构，增强与带负电的细菌膜的静电相互作用，并促进活性氧的产生，进而提升抗菌效果（Dai等人，2023；W. Xia等人，2025）。与此同时，碳点的研发也越来越倾向于使用绿色可持续的前体物质（S. Chen等人，2025）。以生物质为前体的碳点已被广泛用于食品包装领域，相关前体包括大蒜（Peng等人，2025）、香蕉皮（K. Chen等人，2024）、枸杞（S. Tang等人，2022）以及开心果（Hadavifar等人，2025）。不过，目前大多数报道的前体均为植物源，而动物源生物质的探索相对较少。尽管墨鱼汁中的黑色素已被用作食品包装材料的功能成分，具备抗氧化、抗菌和紫外线防护作用（Y. Liang等人，2023；Xue等人，2021），但将其作为合成功能性碳点的前体的研究却极为少见。鉴于其丰富的芳香结构以及含氮功能团，黑色素被认为是制备碳点的优质候选材料，值得进一步研究。
基于以上考虑，本研究以墨鱼汁中的黑色素为前体，结合l-赖氨酸，通过水热法合成了带正电的氮掺杂碳点（N-MCDs）。随后将这些N-MCDs引入PPI/BC复合薄膜中，从而制备出具有生物降解性和多功能性的食品包装材料（PPI/BC@N-MCDs）。研究假设，引入BC能够增强与PPI之间的氢键及其他非共价相互作用，进而形成更为紧密有序的网络结构，提升薄膜的机械强度和阻隔性能。同时，N-MCDs的引入有望在复合基质中形成更为曲折的扩散路径，使得在可见光照射下能够产生活性氧，从而使薄膜具备更强的抗氧化性能和光响应型抗菌能力。基于这一假设，本研究分析了这些薄膜的微观结构、机械性能、阻隔性能和热稳定性，以及它们的抗氧化活性、光响应型活性氧介导的抗菌性能和相应的作用机制。此外，还选择了易腐烂的草莓作为模型水果，评估了该复合薄膜在室温条件下的保鲜效果。这项研究为开发可生物降解、具有光响应功能性的包装材料提供了可行方案，同时也拓展了动物源碳点在食品保鲜领域的应用前景（图1）。
章节摘要
材料
豌豆蛋白分离物（PPI）、l-赖氨酸（纯度98%）、1,1-二苯基-2-苦基肼（DPPH，纯度≥98.5%）以及2,2′-偶氮双（3-乙基苯并噻唑-6-磺酸）（ABTS，纯度≥99%）均购自中国上海的Macklin Biochemical Technology Co., Ltd.。细菌纤维素（BC，固体含量为0.8重量%，经1% NaOH处理纯化）则购自中国桂林的Guilin Qihong Technology Co., Ltd.。这种细菌纤维素由直径为50–100纳米、长度超过20微米的纳米纤维构成。新鲜的墨鱼
N-MCDs的制备与表征
如图1a所示，本研究以墨鱼汁中的黑色素和l-赖氨酸为前体，通过水热法成功合成了N-MCDs。通过透射电子显微镜对N-MCDs的形貌进行了表征（图1b–c）。结果显示，这些N-MCDs呈球形，平均粒径为1.52±0.41纳米。高分辨率透射电子显微镜图像显示出清晰的晶格条纹，条纹间距为0.19纳米，这一数值对应于石墨碳的（100）晶面，说明这些材料具有一定的
结论
本研究通过将氮掺杂碳点引入豌豆蛋白分离物/细菌纤维素基质中，成功制备出一种具有生物降解性和多功能性的复合薄膜。细菌纤维素的引入提升了薄膜的结构完整性，而氮掺杂碳点则赋予了该材料对可见光响应的抗菌功能。在光照条件下，这类复合薄膜能够有效产生活性氧，从而发挥出色的
CRediT作者贡献说明
Yangjing Li：论文撰写——审阅与编辑、论文撰写——初稿、方法学、实验研究、概念构思。Kaixin Niu：验证工作、方法学研究。Fei Yao：验证工作。Dingyang Lv：验证工作。Fusheng Chen：论文撰写——审阅与编辑、验证工作、资金获取、概念构思。
未引用参考文献
Chen等人，2024
Chen等人，2025
Chen、Zhang、Bhandari和Deng，2024
Chen等人，2024
Chen等人，2025
Chen、Lan和Xie，2024
Ezati、Priyadarshi和Rhim，2022
Li等人，2025
Li等人，2025
Liu、Kong和Xiong，2022
Liu等人，2022
Liu等人，2022
Tang、Zheng、Yang和Li，2022
Tang等人，2022
Wang等人，2025
Wang等人，2025
Xia等人，2025
Xia等人，2025
Zhang等人，2024
Zhang等人，2024
Zhao等人，2025
Zhao等人，2025
Zhao等人，2025
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划【项目编号：2022YFD2101403】以及洛阳市重大科技创新专项【洛阳科技（2023）第51号】的支持。
Yangjing Li|Kaixin Niu|Fei Yao|Dingyang Lv|Fusheng Chen
