引言
紫外线具有高能量，能够引发快速的光氧化反应，导致食品的营养价值和风味发生不可逆的损失（Duan et al., 2025; Wu, Lv, et al., 2023）。同样，由于包装材料的水蒸气渗透性导致的不受控制的水分转移也会显著影响食品质量，加速食品变质（Dong et al., 2025; Nian et al., 2022; Wu et al., 2025）。目前市场上大多数商业包装在阻挡紫外线和水蒸气方面效果不佳（Ezati et al., 2023; Halloub et al., 2022; Zhang et al., 2025）。人们对生物质衍生材料作为可持续包装材料的潜力越来越关注，尤其是基于纤维素的系统（Bashir et al., 2025; Imani et al., 2020）。
竹子中的木质纤维素纳米纤维（LCNF）是一种新兴的环保材料，由纤维素纳米纤维（CNFs）和木质素组成（Deng et al., 2025; Jiang, Wang, et al., 2020; Zhao et al., 2024）。CNFs因其富含羟基的结构、高比表面积以及能够形成紧密的氢键网络而具有优异的机械强度和阻隔性能（Wang et al., 2025; Yang et al., 2025）。它们的可再生性和低生产成本进一步增强了其作为可持续包装材料的吸引力（Kwak et al., 2025）。木质素是一种天然的芳香聚合物，由含有多种官能团（如酚基、脂肪族羟基、甲氧基、羧基和醛基）的三种主要单体单元组成（Jeong et al., 2024; Yu et al., 2023）。其芳香骨架和活性取代基使其具有出色的紫外线阻隔性能，并能与CNFs通过共价或非共价键结合（Sangeetha et al., 2024）。由于木质素的可再生性、优异的机械性能和天然的紫外线屏蔽能力，LCNF在可持续食品包装领域受到了越来越多的关注。先前的研究已经证明了LCNF薄膜的优异紫外线阻隔性能（Li et al., 2022; Li et al., 2025; Ou et al., 2023）。Bian等人（Bian et al., 2021; Ma et al., 2022）通过简单的真空过滤和压制工艺制备出了含有4.89%木质素的LCNF薄膜。这些薄膜在高温、长时间紫外线照射和极端pH环境下仍表现出稳定的紫外线阻隔性能，其中UVA和UVB的阻隔率分别达到了99.5%和100%。
根据研究组的初步分析（Feng et al., 2023），他们探索了碱性处理对木质纤维素网络的影响。研究表明，适度的碱性处理可以减少半纤维素和纤维素之间的氢键相互作用，提高纤维素和木质素之间的界面稳定性。由于强烈的分子间氢键作用和高表面能，LCNF在水悬浮液中容易聚集，形成缠结的束状结构，阻碍了均匀分散（Chu et al., 2020; Guo et al., 2024; Tang et al., 2017）。同时，木质素单元本身的异质性加剧了LCNF网络内的聚集，进一步影响了胶体的稳定性，并限制了薄膜的机械性能和应用范围（Feng et al., 2023）。为了解决LCNF在水体系中的分散性问题，研究采用了木质素纳米颗粒（LNPs），这些颗粒具有高比表面积、表面活性和纳米级的界面效应（?sterberg et al., 2020; Schneider et al., 2021; Wang et al., 2019）。这些特性使LNPs能够有效粘附在纤维素纤维上并在水中均匀分布，从而提高胶体稳定性，防止纤维聚集，最终改善了LCNF基复合薄膜的机械性能（Farooq et al., 2019; Jiang, Chen, et al., 2020; Wang, Chen, et al., 2021）。Bian等人（Bian et al., 2024）进一步证明了通过溶剂浇铸法制备的添加了木质素纳米颗粒和茶多酚的纤维素纳米纤维薄膜具有致密、光滑的结构，以及优异的拉伸强度和水蒸气阻隔性能。尽管取得了这些进展，但目前的方法通常需要复杂的制造技术或非环保的化学添加剂。许多基于LNPs的策略通常需要额外的纳米颗粒制备步骤（木质素分离/分级，随后进行溶剂置换或反溶剂沉淀），并且可能涉及有机溶剂、多次纯化步骤以及干燥/重新分散操作（Pourbaba et al., 2024; Tang et al., 2020）。这些额外的操作会增加工艺复杂性、能耗和制造成本，这对于大规模、低成本食品包装应用来说是不理想的。因此，开发使用天然、可持续添加剂和简单制备方法的LCNF薄膜仍然非常重要。
作为一种环保的替代策略，人们探索了利用单糖来构建氢键网络，以增强材料的机械性能（Ye et al., 2025）。Ye等人（Ye et al., 2024）提出了一种通过葡萄糖诱导的糖化作用来调节水凝胶中自由水分布的方法，从而提高材料的韧性和环境耐受性。由于单糖富含羟基，它们可以与生物质成分形成广泛的氢键网络，增强复合材料的机械完整性（Feng et al., 2026）。同时，单糖与水分子积极相互作用，竞争水分，从而降低水蒸气渗透率（Suzuki, 2008）。葡萄糖和木糖是纤维素和半纤维素的基本单体单元，结构简单、丰富，与LCNF基质高度兼容（Najjoum et al., 2025）。利用单糖对纤维素和水的天然亲和力，可以提供一种可持续且有效的方法，通过增强机械性能和防潮性来强化基于竹子的LCNF薄膜。这一策略为开发高性能、可生物降解的薄膜提供了有前景的途径，适用于新鲜食品包装。
受糖化策略的启发，本研究旨在开发一种基于竹子木质纤维素纳米纤维的可持续包装薄膜。在水悬浮液中，强烈的LCNF-LCNF氢键相互作用促进了纤维的束化和聚集。在超声处理过程中，葡萄糖或木糖分子会优先与纤维表面的羟基及周围的水分子结合，部分替代了纤维间的直接接触，抑制了再聚集。这一过程有助于LCNF的解聚并改善分散均匀性。在随后的真空过滤、热压和干燥步骤中，水分逐渐被去除，残留的单糖分子可以在相邻纤维之间形成氢键桥。这些分子间相互作用促进了更紧密的纤维排列，形成了更致密、更均匀的干燥薄膜网络。因此，所提出的机制并不是简单地增加或减少氢键；而是将水悬浮液中的LCNF-LCNF接触中的氢键相互作用重新分配到干燥薄膜中的单糖-LCNF相互作用上。
