《International Journal of Biological Macromolecules》：Smart and active packaging based on thermoplastic starch and gelatin blends with curcumin, micro/nanocellulose, and tea tree oil
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•康普茶衍生的细菌纤维素表现出高纯度和结晶特性。•超声辅助纤化产生了纳米/微纤维素，用于乳液稳定。•明胶和姜黄素调节了 TPS 薄膜的机械性能。•KBC 和 TTO 协同降低了溶解度并改善了薄膜结构。•薄膜表现出 pH 响应性和活性包装潜力。引言短寿命塑料包装的广泛使用加剧了
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康普茶衍生的细菌纤维素表现出高纯度和结晶特性。
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超声辅助纤化产生了纳米/微纤维素，用于乳液稳定。
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明胶和姜黄素调节了 TPS 薄膜的机械性能。
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KBC 和 TTO 协同降低了溶解度并改善了薄膜结构。
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薄膜表现出 pH 响应性和活性包装潜力。
引言
短寿命塑料包装的广泛使用加剧了对聚合物废物积累的环境担忧。包装约占欧洲产生的固体废物的 50% [1]，而在巴西，它是食品行业短寿命塑料最大的最终使用领域 [2]。在此背景下，可生物降解聚合物已成为传统塑料有前景的可持续替代品，特别是用于食品包装应用 [3]。根据功能不同，这些材料可以被设计为活性系统，通过释放生物活性化合物延长保质期，或设计为智能系统，通过刺激响应指示剂实现食品质量的实时监控，最常见的是 pH 敏感染料 [4]、[5]。
热塑性淀粉 (TPS) 是一种可生物降解的多糖，其物理化学和处理行为主要受其直链淀粉/支链淀粉比率控制 [6]、[7]。据报道，将 TPS 与胶原蛋白衍生蛋白明胶 (gel) 混合 [8]，可以在降低成本的同时改善薄膜柔韧性，TPS-gel 比率通常在 2.5% 到 50.0% 之间 [9]、[10]。然而，TPS-gel 共混物仍然存在机械强度有限、阻隔水性能差 [3] 和本征抗菌活性可忽略不计的问题，这限制了它们在食品包装中的直接应用，并证明了纳入纳米纤维素和精油作为增强和功能化剂的合理性。
基于纤维素的纳米材料由于其独特的物理化学性质，在包装、生物医学和环境应用方面引起了相当大的兴趣 [11]、[12]、[13]，可以通过化学、酶法或机械加工途径获得 [14]。其中，康普茶衍生的细菌纤维素 (KBC)，作为 SCOBY 发酵的副产品，兼具高纯度和优异的机械性能，使其成为可生物降解薄膜中有吸引力的增强和乳化剂 [15]。与这一潜力一致，用功能化纤维素纳米晶增强的明胶薄膜表现出增强的机械强度和紫外线阻隔性能 [16]，而 KBC 也被证明可作为活性化合物的有效载体，有助于延长食品保质期 [14]。
从Melaleuca alternifolia中提取的茶树精油 (TTO)，富含 4-萜品醇，并表现出成熟的抗菌和抗炎特性 [17]、[18]。从Curcuma longa中获得的姜黄素 (Cur)，是一种广泛使用的天然 pH 敏感指示剂，其酮 - 烯醇互变异构会诱导从酸性条件下的黄色到碱性条件下的红色的可见颜色转变，从而实现食品新鲜度的实时视觉评估 [19]、[20]、[21]。
尽管掺入精油 [22]、[23]、Cur [19]、[24]、明胶 - 纤维素组合 [25]、[26]、[27] 或淀粉 - 明胶 - 姜黄素体系 [28] 的 TPS 基薄膜已分别进行了研究，但大多数研究针对的是单一功能，即抗菌活性、智能传感或机械增强，而不是在一个系统内整合多种性能。此外，精油的疏水特性往往限制了它们与亲水淀粉基质的相容性，而 Cur 稳定不足可能会损害薄膜均质性。此外，大多数以前报道的系统都是通过溶液浇铸生产的，这是一种本质上限于实验室规模的技术。相比之下，熔融挤出提供了一种无溶剂、连续的加工途径，更适合可生物降解薄膜的工业生产。
为解决这些差距，本工作报告了通过熔融挤出开发的同时掺入 Cur、TTO 和 KBC 的 TPS-gel 薄膜。在这个多功能系统中，Cur 赋予 pH 响应显色行为，TTO 提供抗菌活性，而 KBC 增强了 TTO 在亲水基质中的分散性，同时强化了结构完整性。这种一体化配方策略在一种可工业扩展的可生物降解材料中结合了智能和活性功能，这种方法在 TPS/明胶基系统中仍未得到充分探索。因此，本研究旨在开发和表征含有 Cur、TTO 和 KBC 的挤出 TPS-gel 薄膜，评估 TTO 和 KBC 对薄膜机械、抗菌和物理化学性能的单独和联合作用，并评估其智能（pH 响应）和活性（抗菌）功能，以潜在应用于可生物降解食品包装。
章节摘要
材料
使用商业玉米淀粉 (Unilever，巴西)、商业牛明胶 (Dr Otker，巴西)、二次蒸馏甘油 (USP 级) (Synth) 以及来自超纯水净化系统 (Marte–MP) 的去离子水来生产 TPS-明胶共混物。
用于培养的康普茶 SCOBY 由 Vida Probióticos Ltda. 慷慨提供。商业绿茶 (Chá Le?o，巴西) 和晶体糖 (Uni?o，巴西) 用作发酵底物，次氯酸钠 (Neon) 是
KBC 培养与表征
图 2 展示了 KBC 在培养期间的照片 (a)、培养后获得的湿 KBC (b) 和纯化的 KBC (c)。纯化前 (图 2b)，KBC 呈现胶状外观和米色，与先前的报道一致 [41]。纯化后 (图 2c)，膜明显变轻，表明有效去除了残留的培养基成分和细菌细胞。
纯化干燥 KBC 的产量为每天 0.13 g/L。该产量是
结论
成功制备并表征了含有作为 pH 敏感指示剂的 Cur、作为活性剂的 TTO 和作为天然分散剂的 KBC 的 TPS-gel 薄膜。KBC 的使用特别值得关注，因为它是康普茶生产的副产品。薄膜是通过挤出生产的，表明了可扩展制造的可行性。与单独的 TPS 相比，掺入明胶和 Cur 增加了薄膜刚度。TTO 与 KBC 的组合促进了部分恢复
CRediT 作者贡献声明
Ana C. de Souza: 撰写 - 原始草稿，可视化，方法论，调查，正式分析，数据整理。Letícia C. Neves: 撰写 - 原始草稿，方法论，调查，正式分析，数据整理。Márcia A.S. Spinacé: 撰写 - 审阅与编辑，撰写 - 原始草稿，监督，项目管理，数据整理。Talita A. Santos: 撰写 - 原始草稿，可视化，验证，监督，方法论，调查，正式分析，数据整理，
生成式 AI 及 AI 辅助技术在写作过程中的声明
在本工作准备期间，作者使用了 OpenAI 的 ChatGPT 来协助英语语言修订和可读性改进。使用该工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文报告的工作。
致谢
作者感谢联邦大学 ABC 多用户中央设施和 Vida Probióticos Ltda 提供的康普茶 SCOBY 的实验支持。
Ana C. de Souza|Letícia C. Neves|Márcia A.S. Spinacé|Talita A. Santos
