高性能 PVA 复合薄膜采用 MoS?-Ag-NCQD 纳米杂化物强化，用于增强氧气阻隔性、紫外线屏蔽及可持续肉类保鲜

《Food Chemistry》：High-performance PVA composite films reinforced with MoS 2-ag-NCQD nanohybrids for enhanced oxygen barrier, UV shielding, and sustainable meat preservation

　　

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  超声波剥离法制备了少层MoS?纳米片用于杂化纳米薄膜合成。
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  M–Ag–NCQDs的引入增强了PVA薄膜的强度、紫外线屏蔽效果和阻隔效率。
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  PVA/M–Ag–NCQD（5）的拉伸强度提高了71.8%，紫外线A波段防护率达到99.7%。
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  薄膜的亲水性提高了44%，氧气透过率降低了99.9%。
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  包装材料可将鸡肉保鲜12天，展现出延长的保质期。

引言

对传统石油衍生包装材料的高度依赖加剧了环境污染，对人类健康和生态系统完整性构成重大威胁（Liu, Liao, & Xia, 2023）。微生物腐败对食品安全构成重大挑战，尤其是肉类，它是优质蛋白质的丰富来源，也是微生物增殖的理想基质（A. Kumar et al., 2025）。肉类在关键的生产和运输、零售分销阶段更容易受到腐败细菌的侵害（Martín-Miguélez et al., 2025; Zhu et al., 2022）。因此，减少细菌污染、延缓腐败和延长鸡肉保质期的策略已成为食品保存领域的关键研究重点（Mafe et al., 2024; Musalem et al., 2024）。包装在保护肉类免受二次微生物污染方面发挥着重要作用，因为它能有效减少外部环境因素的影响，从而延长产品保质期（Sanei et al., 2025）。同时，对塑料废弃物的日益担忧以及对环境可持续解决方案的不断增长的需求，激发了对开发可持续和环保食品包装替代品的兴趣，这与公共健康需求和生态考量相一致（Najahi et al., 2025; Operato et al., 2025; Yates et al., 2025）。尽管有效的食品包装对于减少储存期间与腐败相关的食品浪费至关重要，但继续使用不可生物降解的材料加剧了塑料污染危机（Liu, Wang, et al., 2023）。这凸显了开发环保和可生物降解抗菌食品包装薄膜的迫切需要（Gamboa et al., 2024）。这些可持续的替代品不仅能增强食品保鲜，还能减轻环境影响（Drago et al., 2024; Singh et al., 2024）。因此，对具有优异抗菌性能的可生物降解包装材料的研究不断加剧，使其成为食品保存领域中的关键解决方案（L. Kumar et al., 2022）。

目前，包装行业面临着因环境关切升级和全球可持续发展要求增加而带来的重大挑战。一个关键问题是从传统的不可生物降解塑料向更可持续的替代品转变，如聚乙烯醇（PVA）。尽管PVA的可持续性取决于获得微生物降解所需的环境因素，但它具有令人瞩目的环保应用前景（Ansari, Park, Sadeghi, & Seo, 2025）。PVA因其独特的特性而值得注意，包括无毒、水溶性和卓越的成膜能力（Yin et al., 2025）。其机械和热学特性值得关注，具有较高的拉伸强度和有效的抗氧渗透能力（Kim et al., 2025）。PVA作为包装材料的安全性得到了主要监管机构的评估和认可，包括美国食品药品监督管理局（FDA）的21 CFR法规和欧洲食品安全评估机构（EFSA食品添加剂和食品添加剂来源面板（ANS）et al., 2017; Sánchez-Martínez et al., 2013）。然而，PVA在食品包装中的应用受到其脆性和对湿气的敏感性限制（Topouzis et al., 2025）。为了解决这些局限性，碳量子点（CQDs）越来越多地用于增强PVA薄膜的物理化学性能。CQDs的引入提高了PVA的柔韧性、阻隔性能和整体机械强度，扩展了其在包装解决方案中的实际应用（Ansari, Park, & Seo, 2025）。Ag–NCQDs作为PVA薄膜中的有效纳米填料，通过氢键和结晶度调节减少脆性。其均匀分散增强了应力传递并限制裂纹扩展，而增多的非晶区域赋予了柔韧性，改善了包装应用的机械强度和延展性（Latif et al., 2024; Ni et al., 2022）。需要有效的紫外线屏蔽解决方案，以防止紫外线暴露的不利影响并促进安全健康的环境（Bao et al., 2025; X. Liu et al., 2025; Zhang et al., 2020）。这对于开发用于食品保存、生物医学设备和光电子产品的紫外线防护薄膜和涂层尤为重要（Riahi et al., 2025）。为增强PVA的紫外线屏蔽性能并拓宽其应用，众多研究已设计和合成了先进的紫外线防护PVA配方（Dai et al., 2025a）。此外，人造紫外线光源的普及加剧了紫外线暴露的风险。因此，开发能够有效吸收紫外线的先进紫外线屏蔽材料至关重要。这些紫外线吸收剂通常被整合到聚合物基质中，以便制造性能增强的紫外线屏蔽复合材料（Ali et al., 2024）。然而，大多数报道的PVA基紫外线屏蔽系统主要关注光学防护，并未同时提供高氧气阻隔性能、抗菌活性和实用的食品保存功能（Dai et al., 2025b）。因此，开发整合紫外线屏蔽与阻隔和抗菌特性的多功能PVA纳米复合材料仍然是一个重要的研究挑战。

本研究对掺入PVA薄膜的不同浓度硫化钼（M）–Ag–NCQDs进行了比较分析。通过对PVA/M–Ag–NCQDs复合材料的严格测试，我们研究了PVA/M–Ag–NCQDs复合材料在可生物降解包装平台中独特地整合近乎完全的紫外线屏蔽、机械、阻隔、热学、优异氧气阻隔性能、抗菌活性和有效鸡肉保鲜的程度。M–Ag–NCQDs增强了薄膜的紫外线屏蔽、机械、阻隔和热学性能。本研究促进了对Ag–NCQDs浓度与薄膜性能之间关系的全面理解，为开发先进的主动食品包装材料提供了关键见解。本研究的成果推进了可持续PVA的应用，强调了M–Ag–NCQDs在减少塑料废物和降低包装碳足迹方面的作用，从而与全球可持续发展目标保持一致并促进食品包装领域的创新。

章节摘要

材料与方法

商用级聚乙烯醇（PVA；MW 89,000–98,000 Da；水解度>99%）购自OCI公司（韩国仁川）。硝酸银（AgNO?）、壳聚糖（MW 190,000–310,000 Da）、乙醇（C?H?OH；分析纯）、异辛烷（2,2,4-三甲基戊烷，分析纯）、乙酸（分析纯）、聚乙二胺（PEI）、邻苯二胺（OPD）、三氯乙酸（TCA）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）购自大正化学金属有限公司（首尔，

TEM分析

采用透射电子显微镜（TEM）研究所制备的Ag–NCQDs的形貌和结构特征。如图1a所示，Ag–NCQDs表现出一致的分散性，并在水介质中展现出显著的胶体稳定性。此外，粒径分析显示Ag–NCQDs的尺寸范围为2至4纳米，平均尺寸约为3纳米，如图1b的粒径分布直方图所示。高分辨率TEM（HRTEM）图像（图1c）

结论

本研究成功合成了具有不同Ag-NCQD浓度的PVA/M–Ag–NCQDs复合材料，制备了多功能PVA/M–Ag–NCQD纳米结构薄膜。将Ag–NCQD整合到PVA基质中显著改善了薄膜的结构完整性、功能性能和保护特性。关键指标显示拉伸强度、结晶度、氧气阻隔性能、亲水性和紫外线屏蔽能力均得到显著改善。

CRediT作者贡献声明

Jamilur R. Ansari：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，可视化，验证，方法学，调查，形式分析，数据整理，概念设计。Hojun Shin：写作 – 审阅与编辑，方法学，数据整理。Jongchul Seo：写作 – 审阅与编辑，验证，监督，资源，项目管理，资金获取，概念设计。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/人际关系：Jamilur R. Ansari报告称获得了韩国国家研究基金会的财政支持。Jongchul Seo报告称获得了韩国国家研究基金会、教育部，以及通过江原RISE中心的贸易、区域创新系统与教育（RISE）项目提供的行业、

致谢

作者感谢韩国国家研究基金会（NRF）通过授予Jamilur R. Ansari的大脑池 fellowship（资助编号：RS-2023-00263418）提供的财政支持。本研究还得到了韩国国家研究基金会（NRF）、韩国政府（MSIP）（资助编号：RS-2023-00208596）、教育部（资助编号RS-2024-00395431）以及韩国贸易、工业和能源部（MOTIE）（资助编号GBKK2305）的支持。本研究还得到了

Jamilur R. Ansari|Hojun Shin|Jongchul Seo