《International Journal of Biological Macromolecules》：A multifunctional single-layer film based on holocellulose extracted from corn stalks: Preparation, characterization, and application in food preservation
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•利用玉米秸秆全纤维素制备薄膜材料。•该薄膜具备实时监测食品新鲜度的功能。•该生物质基薄膜表现出优异的保鲜性能。•首次将 ε-PL 和 PC 与全纤维素复合用于保鲜材料。引言储存期间，食品腐败通常加速，原因是食源性病原菌污染，导致严重的公共卫生风险 [1]。水果（如草莓、蓝莓
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利用玉米秸秆全纤维素制备薄膜材料。
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该薄膜具备实时监测食品新鲜度的功能。
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该生物质基薄膜表现出优异的保鲜性能。
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首次将 ε-PL 和 PC 与全纤维素复合用于保鲜材料。
引言
储存期间，食品腐败通常加速，原因是食源性病原菌污染，导致严重的公共卫生风险 [1]。水果（如草莓、蓝莓和葡萄）由于高糖含量和生理特性，保质期较短，为微生物定殖创造了最佳条件 [2]。鱼、虾和肉的腐败在微生物和氧气作用下会发出恶臭 [3]。虽然传统石油基塑料包装可以保持这些食物新鲜 [4]，但它们缺乏抗菌性能且不可生物降解，导致严重的环境污染和资源消耗。近年来，生物质衍生薄膜提供了一种完全增值利用农业废弃物的替代策略 [5], [6], [7], [8], [9]。
众所周知，玉米秸秆包含三种成分：木质素、纤维素和半纤维素。纤维素由通过 β-1,4-糖苷键连接的葡萄糖组成，由于氢键网络导致高结晶度。因此，除了应用有效的溶剂系统外，纤维素很难溶于常规溶剂 [10]。相比之下，结晶度较低的半纤维素更容易溶解。此外，由半纤维素和纤维素组成的全纤维素具有生物相容性，适合制备活性保鲜薄膜 [11], [12]。目前，关于全纤维素和纤维素溶解的研究主要集中在离子液体上，这受到复杂合成和高成本的限制 [10]。然而，无机盐环境友好、成本低，适用于溶解纤维素 [13]，并且在溶解全纤维素方面具有潜力。
纤维素薄膜通常机械性能和气体阻隔性能较差。因此，有必要引入功能材料来改善薄膜性能 [14]。海藻酸钠 (SA) 由通过 β-1,4-糖苷键连接的 β-D-甘露糖醛酸和 α-L-古洛糖醛酸单元组成，表现出优异的生物相容性、安全性和成膜性能 [15]。Yuan 等人开发了一种由 SA、阿拉伯胶 (GA)、甘油和纳他霉素乳液组合而成的可食用薄膜，其拉伸强度为 22 MPa，可将红薯保鲜长达 120 天 [16]。Wang 等人利用 SA、魔芋葡甘聚糖 (KGM) 和茶多酚 (TP) 制备了一种抗菌薄膜，拉伸强度为 5.3 MPa [17]。为了增强食品保鲜，天然抗菌剂如植物精油 [15]、生物聚合物 [16] 和 ε-聚赖氨酸 (ε-PL) [18] 被应用于开发具有增强保鲜功能的可食用薄膜。随着功能薄膜材料的发展，具有可视化和快速识别食品新鲜度功能的食品包装材料近年来很受欢迎。目前，来自蓝莓和紫薯的花青素以及天然色素已被应用于制备功能保鲜薄膜 [3], [19]，特别是在肉类保鲜方面，因为微生物分解肉制品会产生总挥发性盐基氮 (TVB-N) [19]，导致 pH 值和碱性增加，进而改变花青素和天然色素的结构，随之而来的是薄膜颜色的变化 [20]。作为一种天然食品添加剂 [21]，藻蓝蛋白 (PC) 已被包封在脂质体中并应用于大豆蛋白薄膜以保鲜虾长达 15 天 [22]。然而，目前关于将 PC 作为智能薄膜新鲜度指示剂的研究有限。
为了最大限度地利用废弃玉米秸秆，本研究选择玉米秸秆中提取的全纤维素作为原料来制备保鲜薄膜。为了有效溶解全纤维素，采用高浓度 LiBr 处理全纤维素中的纤维素，并且反应后可以方便地去除以确保包装薄膜的安全性。添加 SA 以改善薄膜的机械和气体阻隔性能。还研究了反应时间、温度、LiBr 浓度、固液比和 SA 用量对全纤维素薄膜的影响。最后，引入 ε-PL 和 PC 作为抗菌和抗氧化剂，生产具有良好机械强度和气体阻隔性能的多功能食品保鲜薄膜，集成了抗菌活性、抗氧化性能和新鲜度监测能力。
章节摘要
材料
本研究使用的玉米秸秆为秋收的济大 31 号，采集自中国吉林省吉林市郊区玉米种植田，包括木质素 19.9%、纤维素 32.1%、半纤维素 25.5% 及其他 22.5%。成分含量的测定按照已报道的程序进行 [23]。氯酸钠 (NaClO2, 80%)、醋酸 (CH3COOH, 99.5%)、溴化锂 (LiBr, 99%)、甘油 (C3H8O3, 99%)、海藻酸钠 (SA, 试剂级，90%，M/G = 1: 2, Mw = 221，
反应条件对全纤维素薄膜性能的影响
纤维素结构稳定，因此在室温下难以溶解。如图 1a 和 b 所示，随着温度升高，全纤维素薄膜的拉伸强度 (TS) 和断裂伸长率 (EAB) 先增加后减少，而 WVP 呈现相反趋势。这是因为高温可以促进溶剂之间更好的相互作用以促进纤维素的溶解 [26]，并有助于形成均匀的材料以增强
结论
在本研究中，利用 LiBr 的高效溶解能力溶解从玉米秸秆中提取的全纤维素，随后将其与 SA、ε-PL 和 PC 结合，成功制备了基于全纤维素的多层包装材料。复合薄膜的 TS 和 EAB 分别高达 48.4 MPa 和 7.24%，与双层薄膜相当。DPPH 的降解效率高达 57.4%，同时复合薄膜还表现出优异
CRediT 作者贡献声明
李 提：调查，撰写 – 审阅与编辑。张 雪松：撰写 – 原稿。韩 永伟：数据管理。段 希心：撰写 – 审阅与编辑，资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本论文中报告的工作。
致谢
本工作由吉林省科学和技术发展计划 (YDZJ202401409ZYTS) 资助。
李 提|张 雪松|韩 永伟|段 希心
