《Processes》：Improving the Active Function of Polylactic Acid (PLA) Packaging Films Coated by Pectin Layers Enhanced with Gallic Acid
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本研究探讨了通过涂层工艺赋予商业化聚乳酸（PLA）包装膜活性功能，并评估其对巴氏杀菌奶品质影响的可行性。研究人员采用柑橘或苹果果胶成膜溶液，以甘油作为增塑剂，并添加没食子酸（GA）进行强化，对PLA薄膜进行涂覆。研究了该涂层对PLA薄膜厚度、光学性能、阻隔性能
本研究探讨了通过涂层工艺赋予商业化聚乳酸（PLA）包装膜活性功能，并评估其对巴氏杀菌奶品质影响的可行性。研究人员采用柑橘或苹果果胶成膜溶液，以甘油作为增塑剂，并添加没食子酸（GA）进行强化，对PLA薄膜进行涂覆。研究了该涂层对PLA薄膜厚度、光学性能、阻隔性能、结构特性、润湿性及抗氧化性能的影响。涂覆后薄膜厚度从30.0 μm增加至61.3 μm，表面视觉粗糙度增大，而没食子酸的加入显著提升了薄膜的紫外-可见光（UV-VIS）阻隔能力以及对ABTS和DPPH自由基的抗氧化活性。颜色分析显示，薄膜亮度降低（经苹果果胶基涂层改性后，L参数从91.0降至90.2），颜色向绿色（负a参数）和黄色（正b*参数）偏移。以未涂覆PLA薄膜为参照计算的总色差（ΔE）显示，柑橘果胶基涂层样品（0.3–0.5）显著低于苹果果胶基涂层样品（1.6–1.7），酚酸的添加无显著影响。PLA薄膜的水蒸气透过率（WVP）从6.8·10-11 g·m-1·s-1·Pa-1分别增加至苹果果胶和柑橘果胶涂层样品（不含与含没食子酸）的8.2–9.4·10-11 g·m-1·s-1·Pa-1和10.1–10.6·10-11 g·m-1·s-1·Pa-1。然而，PLA薄膜的氧气透过率（PO2）从30.7·10-16 g·m-1·s-1·Pa-1显著下降至涂层样品的0.4–0.8·10-16 g·m-1·s-1·Pa-1。这一趋势与二氧化碳透过率（PCO2）的结果一致，后者从39.1·10-16 g·m-1·s-1·Pa-1降低至涂层薄膜的0.7–0.9·10-16 g·m-1·s-1·Pa-1。水接触角测量显示所有PLA样品均呈亲水性（接触角小于90°）。在贮藏过程中，应用所分析的对照及涂覆PLA包装薄膜减缓了牛奶酸化，表现为品质变化减少和凝乳形成延迟。采用含没食子酸的苹果果胶涂层PLA薄膜以及含或不含没食子酸的柑橘果胶涂层PLA薄膜，在贮藏8天后导致最低的pH变化（分别为6.6和6.7），证明了这些薄膜在维持牛奶品质方面具有优越效能。
论文解读文章
研究背景与目的
塑料在日常生活中的广泛使用导致其残留物在人体内部器官中被频繁检出，引发了关于微塑料对人体健康影响的严重担忧。因此，新的法规正在制定中，包装制造商也在开发完全可生物降解的生物聚合物基解决方案，并结合天然功能性添加剂，以制造活性包装。聚乳酸（PLA）是一种极具前景的可生物降解包装材料，因其机械、光学和阻隔性能以及可生物降解性而在包装行业日益普及。然而，PLA也存在局限性，如低拉伸强度、有限的断裂伸长率和高度脆性。为克服这些局限并赋予其活性功能，本研究旨在通过将商业PLA薄膜涂覆基于果胶并富含没食子酸（GA）的配方，为其赋予活性功能，并评估这些涂层对PLA包装薄膜选定性能及其对巴氏杀菌奶在贮藏期间品质的影响。该方案提供了一个相对简单且成本效益高的可生物降解食品包装薄膜生产工艺。
主要研究方法概述
研究人员制备了基于苹果果胶（AP）或柑橘果胶（CP）的成膜溶液，以甘油为增塑剂，并添加没食子酸（GA）作为活性化合物。采用自动涂布机以10 m/min的速度将薄膜形成溶液均匀涂覆在商业PLA薄膜上，形成双层薄膜，并在45±1°C下干燥1小时。随后，研究人员系统评估了薄膜的厚度、光学性能（包括光透射率、颜色和不透明度）、阻隔性能（水蒸气、氧气和二氧化碳透过率）、化学结构（傅里叶变换红外光谱，FTIR）、表面润湿性（水接触角）、抗氧化活性（ABTS和DPPH法）以及微观结构（扫描电子显微镜，SEM）。最后，通过监测巴氏杀菌奶在室温贮藏192小时期间的pH值变化和感官品质，评估了这些薄膜对牛奶品质的影响。
研究结果与分析
3.1 涂层对PLA薄膜厚度的影响： 涂层过程使薄膜厚度显著增加1.5–2倍，从对照PLA的30.0 μm增至PLA_AP_GA的61.3 μm。苹果果胶涂层薄膜的厚度高于柑橘果胶涂层薄膜，而没食子酸的添加进一步增加了厚度，但差异不显著。
3.2 涂层对PLA薄膜光学性能的影响： 涂层降低了PLA薄膜在整个紫外-可见光波段的透光率，特别是没食子酸的加入显著降低了200–300 nm范围内的透光率，增强了紫外光阻隔能力。颜色分析表明，涂层降低了薄膜的亮度（L），并使颜色向绿色（负a）和黄色（正b*）偏移。以未涂覆PLA为参照的总色差（ΔE）在柑橘果胶涂层样品中较低（0.3–0.5），在苹果果胶涂层样品中较高（1.6–1.7），但均处于较低水平（ΔE < 2）。所有涂层样品的浊度均有所下降，但数值均低于2，表明薄膜整体透明度高。
3.3 涂层对PLA薄膜阻隔性能的影响： 涂层改变了PLA薄膜的阻隔性能。水蒸气透过率（WVP）从PLA的6.8·10-11 g·m-1·s-1·Pa-1增加至涂层样品的8.2–10.6·10-11 g·m-1·s-1·Pa-1，这归因于果胶的亲水性和涂层过程可能引起的基质软化。相反，氧气透过率（PO2）从30.7·10-16 g·m-1·s-1·Pa-1急剧下降至0.4–0.8·10-16 g·m-1·s-1·Pa-1，二氧化碳透过率（PCO2）也从39.1·10-16 g·m-1·s-1·Pa-1大幅下降至0.7–0.9·10-16 g·m-1·s-1·Pa-1，表明涂层形成了致密的物理屏障，有效阻碍了气体分子扩散。
3.4 涂层对PLA薄膜结构性能的影响： FTIR分析显示，所有薄膜的光谱轮廓非常相似，涂层和没食子酸的引入并未显著改变PLA基质的化学结构。在3500–3200 cm-1处观察到的羟基（-OH）伸缩振动峰强度略有变化，表明存在氢键相互作用，但未发现新化学键的形成。
3.5 涂层对PLA薄膜润湿性能的影响： 所有PLA样品的水接触角均小于90°，呈亲水性。未涂覆PLA的接触角为77.1°，涂层后显著降低至63.0°–68.7°，表明表面润湿性增强。没食子酸的加入略微提高了接触角，可能是因为其作为交联剂减少了暴露的亲水基团。
3.6 涂层对PLA薄膜抗氧化性能的影响： PLA本身几乎无抗氧化活性（ABTS和DPPH清除率分别仅为1.7%和2.5%）。果胶涂层提供了一定的抗氧化活性，而没食子酸的加入则赋予了薄膜极高的抗氧化活性，ABTS和DPPH清除率分别达到97.6%和96.1%，证实了没食子酸作为高效抗氧化剂的作用。
3.7 未涂覆和涂覆PLA薄膜对牛奶品质的影响： 在为期8天的贮藏实验中，对照和未涂覆PLA薄膜密封的牛奶样品出现了明显的酸败、相分离和异味。相比之下，采用含没食子酸的苹果果胶涂层PLA薄膜以及含或不含没食子酸的柑橘果胶涂层PLA薄膜密封的牛奶样品，其pH值下降最小（最终pH分别为6.6和6.7），且未观察到显著的视觉或气味变化，表明这些涂层有效延缓了牛奶变质。
3.8 涂层对PLA薄膜微观结构的影响： SEM图像显示，纯PLA表面光滑。仅涂覆果胶的薄膜表面存在多个大孔和不均匀区域。添加没食子酸后，薄膜表面变得粗糙并出现大量聚集体，这表明没食子酸改善了果胶涂层的均匀性，减小了聚集体的尺寸。
总结与结论
本研究成功验证了通过涂层工艺为可生物降解的聚乳酸（PLA）包装薄膜赋予活性功能的可行性。采用柑橘或苹果果胶成膜溶液，并添加没食子酸（GA）进行涂覆，能够有效改善PLA薄膜的性能。涂层使薄膜厚度增加、表面粗糙度提高，并显著提升了其紫外-可见光（UV-VIS）阻隔能力和抗氧化活性。虽然水蒸气透过率（WVP）有所增加，但氧气和二氧化碳透过率（PO2和PCO2）大幅降低，同时表面润湿性得到改善。在实际应用中，这些涂层PLA薄膜，尤其是含有没食子酸的苹果果胶涂层以及柑橘果胶涂层（无论是否添加没食子酸），在8天贮藏期内能最有效地维持巴氏杀菌奶的品质，表现为最小的pH变化和延缓的酸败过程。研究表明，用富含酚酸的果胶基涂层改性PLA包装薄膜，可以改善其性能并赋予活性功能，从而在贮藏期间保持食品品质。未来研究方向应包括在冷藏条件下进行贮藏分析，并将牛奶量扩展至商业标准，同时需要对贮藏产品进行微生物分析和可滴定酸度测定，以验证该薄膜在大规模应用中的适用性。
