《Food Chemistry》：Scalable hybrid coating of sodium alginate/PVA/LDH for high oxygen barrier packaging and its application in grape seed oil preservation
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•成功将45公斤水性SA–PVA–RLDH涂层批次进行放大生产。•流变学控制使得凹版涂布试生产中获得均匀的湿膜。•优化后的涂膜实现了可重复的氧透过率（OTR）为0.051 cm3/m2·天。•CPP层压的三层袋延缓了葡萄籽油的氧化。•本研究提出了一条可扩展的水性途径来实现氧气
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成功将45公斤水性SA–PVA–RLDH涂层批次进行放大生产。
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流变学控制使得凹版涂布试生产中获得均匀的湿膜。
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优化后的涂膜实现了可重复的氧透过率（OTR）为0.051 cm3/m2·天。
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CPP层压的三层袋延缓了葡萄籽油的氧化。
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本研究提出了一条可扩展的水性途径来实现氧气阻隔包装。
引言
保持食品质量和延长货架期取决于控制气体和水蒸气在包装边界处的质量传递。在相关的渗透物中，氧气尤为关键，因为即使是微量侵入也会通过脂质氧化（Holler等，2023）、维生素降解（Sonar等，2020）和依赖氧的微生物活动（Yang等，2025）加速质量损失。因此，应用氧气阻隔包装已被证明是延缓对氧敏感食品的不利劣化并延长其货架期的有效解决方案。此外，该方法有助于减少因食品浪费造成的经济损失和环境污染。
商业氧气阻隔包装仍以聚乙烯醇共聚物（EVOH）基（Jost等，2014）、聚偏氯乙烯（PVDC）基（Nguyen等，2021）和金属化薄膜（Yu等，2019）为主。然而，这些阻隔材料在自然界中极少分解，通常需要与其他传统塑料集成到多层结构中以实现所需的功能要求，使得利用现有技术进行分离和回收变得困难（Barros等，2025）。因此，这些复合材料大多被焚烧或填埋（van Akker等，2025），从而带来了严重的环境负担。近年来，许多国家制定了更严格的包装法规以促进材料循环和减少塑料废弃物。值得注意的是，欧盟于2024年采用了包装废弃物法规，该法规强制要求所有包装材料到2030年必须可回收（Vitrac等，2024）。这些约束带来了迫切需要开发既可扩展又更符合循环经济目标的高阻隔包装。
亲水性生物聚合物通过分子间相互作用形成致密而紧凑的网络，已成为氧气阻隔包装的有前景的候选材料（Vitrac等，2024）。基于生物聚合物，近期研究通过使用纳米材料（如纳米纤维素、碳纳米管、纳米粘土和金属氧化物纳米颗粒）（Dong等，2024；Ilyas等，2022；Shah等，2024；Wu等，2024）、多层涂覆（Li等，2018；Macnamara Jr等，2024）和层层自组装（LbL）（Yue等，2024），实现了优异的氧气阻隔性能，这些方法可增加曲折度或致密化聚合物网络（Moody等，2025；Wu等，2021）。然而，实验室规模的阻隔性能展示与工业化实施之间仍存在持续的差距。这一局限主要归因于复杂的制造约束：大批量配制时的分散稳定性、卷对卷涂布所需的流变学窗口、水性系统的短工业干燥时间和长卷材长度上的无缺陷覆盖。因此，相对较少研究（Chang等，2019；Nissinen等，2025；Song等，2022）展示了中试规模的工艺参数或使用工业设备验证阻隔可重复性。因此，中试规模的生产与验证对于推进下一代可持续高氧气阻隔包装至关重要。
在我们先前的工作中（Song & Han, 2024），开发了一种基于海藻酸钠（SA）、聚乙烯醇（PVA）和重构层状双氢氧化物（RLDH）的有机–无机杂化氧气阻隔涂层。在该体系中，阴离子SA、氢键PVA和阳离子RLDH纳米片通过静电缔合、氢键和RLDH诱导的曲折扩散路径形成化学结构化的杂化网络。优化后的实验室规模涂层实现了超低氧透过率（OTR）＜0.005 cm3/m2·天，并详细阐明了其配方–结构–阻隔关系。然而，先前的研究未探讨该实验室建立的阻隔平台能否在大批量配制和连续中试规模凹版涂布过程中得以保留并可重复表现。这种工艺转换并非实验室涂布器涂膜的简单放大，因为工业凹版涂布涉及大批量配制、高剪切转移、薄湿膜沉积、短干燥时间和反复卷绕/展开（Hewson等，2011）。这些条件会改变SA–PVA–RLDH杂化网络、涂层流变学、湿膜连续性、涂层质量保持、缺陷形成和氧气阻隔可重复性。特别是，涂布悬浮液剪切后恢复不足或低剪切结构支撑不足可能导致覆盖不均匀、涂层质量损失和缺陷驱动的氧气渗透。
除了膜级别的工艺转换之外，中试规模氧气阻隔包装的性能还应通过对氧敏感的食品体系进行验证，因为仅凭OTR不能完全指示包装是否能延缓食品中的氧化劣化（Koontz, 2016）。在富含脂质的食品中，氧气侵入可通过维持自由基链式传播、促进脂质氢过氧化物形成和加速次级氧化产物生成来促进脂质自动氧化。因此，包装不仅应通过OTR来评估，还应评估其能否在氧化敏感的食品基质中延缓脂质氧化（Safaei等，2022）。
在此基础上，本研究聚焦于已建立的SA–PVA–RLDH氧气阻隔平台的工艺级别转换及其在食品脂质体系中的验证。具体而言，使用简化的单锅法在45公斤批次规模下配制SA–PVA–RLDH涂层溶液，并通过工业卷对卷凹版涂布进行施涂。评估了SA浓度在流变学引导的湿膜形成、涂层质量保持、缺陷控制和氧气阻隔可重复性方面的作用。最后，所得PET/SA–PVA–RLDH/CPP三层袋应用于葡萄籽油作为氧化敏感的食用油脂基质，在加速储存期间监测酸价（AV）、过氧化值（PV）和硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）作为脂质劣化的互补指标。
章节摘要
材料
SA（Mw：32,000–250,000 g/mol）、PVA（Mw：22,000 g/mol）和甘油购自韩国大统化学和金属有限公司（韩国诗原）。水滑石购自Sigma Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。电晕放电处理的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）（厚度：12 μm）和CPP薄膜（厚度：40 μm）分别购自韩国晓星公司（韩国首尔）和韩国SPC包装有限公司（韩国清州）。葡萄籽油购自韩国希杰第一制糖公司（韩国首尔）。其他所有
实验室和中试规模SA–PVA–RLDH涂层溶液的特征化
将胶体聚合物基氧气阻隔涂层从实验室配制成功转换到工业涂布，不仅需要保持材料级别的阻隔功能，还需要使涂层溶液适应连续高剪切加工和短干燥条件。在本研究中，SA–PVA–RLDH杂化涂层溶液使用简化的单锅法配制工艺进行制备，以提高与中试规模生产的兼容性。在此过程中，热
结论
在本研究中，SA–PVA–RLDH氧气阻隔涂层从实验室规模配方转换到了中试规模卷对卷凹版加工。结果表明，稳定的氧气阻隔性能强烈依赖于涂布与干燥之间短间歇期间的湿膜形成。流变学引导的SA富集改善了凹版条件下的涂布行为，导致更高的涂层质量沉积和更少的涂层缺陷。优化后的PET/[SA1.3PVA0.5RLDH0.2]3膜
生成式人工智能的使用
未使用任何AI工具进行数据分析、结果解释或科学结论生成。
CRediT作者贡献声明
Hong-geon Song：撰写–原始草稿、可视化、软件、方法学、调查、形式分析、数据管理、概念构思。Inyoung Choi：撰写–审阅与编辑、可视化。Jaejoon Han：撰写–审阅与编辑、验证、监督、软件、资源、项目管理、方法学、调查、资金获取、形式分析、数据管理。
资助
本研究由高附加值食品技术开发计划通过韩国食品、农业、林业和渔业技术规划与评估院（IPET）资助（资助编号：RS-2025-02214195），以及通过教育部韩国国家研究基金会（NRF）的基础科学研究计划资助（资助编号：RS-2025-25436855）。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究由高附加值食品技术开发计划通过韩国食品、农业、林业和渔业技术规划与评估院（IPET）资助（资助编号：RS-2025-02214195），以及通过教育部韩国国家研究基金会（NRF）的基础科学研究计划资助（资助编号：RS-2025-25436855）。
Hong-geon Song|Inyoung Choi|Jaejoon Han
