由罗望子淀粉/棉废纤维和蝶豆（Clitoria ternatea）制成的智能多功能生物复合薄膜，用于可持续食品包装

《Food Biophysics》：Smart Multifunctional Biocomposite Films from Tamarind Seed Starch/Cotton Waste Fibre, and Butterfly Pea (Clitoria ternatea) for Sustainable Food Packaging

　　

摘要

随着人们对不可生物降解塑料包装的环境问题日益关注，可持续的、基于生物的替代品开发步伐加快。在这项研究中，研究人员使用罗望子籽粉（浓度为3% w/v）作为聚合物基质，加入棉废纤维（浓度为5%–20% w/w）作为增强材料，并掺入蝴蝶豌豆（Clitoria ternatea）花粉（浓度为10%–40% w/w）作为天然抗氧化剂和pH敏感调节剂，制备了一种可生物降解的生物复合膜。通过对这些薄膜进行系统的性能表征，评估了其在结构、热性能、机械性能、水物理性质、光学性能、抗菌性能、pH敏感性、生物降解性以及智能功能方面的表现。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）分析结果表明聚合物基质与增强纤维之间可能存在相互作用；扫描电子显微镜（SEM）图像显示薄膜表面粗糙，且填料在基质中均匀分布。这种生物复合膜的热稳定性得到提升，阻隔性能也有所增强，其水蒸气透过率（WVTR）从对照组的111.50 g/(m2/h) ± 5.27 g/(m2/h)降至优化后的89.83 g/(m2/h) ± 2.83 g/(m2/h)。拉伸强度从6.97 MPa ± 1.15 MPa提高到8.98 MPa ± 1.09 MPa，但断裂伸长率从37.37% ± 1.21%降至30.21% ± 1.51%，这表明纤维的加入提升了薄膜的刚性。该复合膜对S. aureus和E. coli具有抗菌作用。在自然土壤埋藏条件下，这些生物复合膜在20天内完全降解。由于Clitoria ternatea的天然蓝色色素，薄膜的光学透明度略有下降；然而，当环境pH值从酸性转变为碱性时，包装食品会发生明显变色，这证实了花青素的pH敏感性。