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通過檸檬酸交聯的可持續木質素-姜黃素功能化聚醋酸乙烯（PVA）薄膜，用于櫻桃番茄的保鮮

《Food Chemistry》：Sustainable lignin-curcumin functionalized PVA films crosslinked with citric acid for cherry tomato preservation

【字體：大中小】 時間：2026年02月27日 來源：Food Chemistry 9.8

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　　可降解包裝材料通過協同改性提升機械性能、阻隔性和生物活性，應用在櫻桃番茄保鮮中有效抑制褐變和營養流失。

葉曉歌|朱蕾|李東娜|李珍|馬曉軍|尹芬

天津科技大學生物基纖維材料國家重點實驗室，中國天津300457

摘要

為了減緩食品變質和塑料污染，迫切需要可生物降解的活性包裝材料。在本研究中，聚乙烯醇（PVA）薄膜通過添加堿性木質素（AL）進行增強，并用檸檬酸（CA）交聯，同時加入姜黃素（Cur）進行功能化處理，從而結合了結構穩定性和生物活性。這種協同改性作用形成了致密穩定的聚合物網絡，使得薄膜的機械強度和阻隔性能顯著提升，優于純PVA薄膜。此外，姜黃素賦予薄膜強大的抗氧化、抗菌、紫外線屏蔽以及pH響應的顏色變化特性，同時保持了其可生物降解性。當用于櫻桃番茄的保鮮時，這種復合薄膜有效減少了重量損失，保持了果實的硬度，保留了營養成分，并延緩了褐變現象。這些綜合效果顯著延長了產品在常溫儲存下的保質期。本研究展示了一種將PVA轉化為多功能活性包裝材料的協同策略，為開發可持續的PVA基薄膜提供了綠色途徑。

引言

新鮮農產品在儲存和運輸過程中極易受到微生物污染、氧化降解和紫外線（UV）輻射的影響，這通常會導致品質迅速下降、食品變質和巨大的經濟損失（Peng等人，2024年）。傳統的石油基塑料包裝雖然具有良好的機械強度和阻隔性能，但不可生物降解，從而加劇了環境污染和微塑料的積累（Razo & Campos，2022年）。盡管已經開發出多種可生物降解的薄膜，但許多薄膜仍存在防潮性能差、阻隔性能不足或缺乏活性功能等問題，難以有效保護像櫻桃番茄這樣易腐爛的水果。因此，開發環保、可生物降解且多功能的食物包裝材料已成為當務之急（Dhatt等人，2025年）。

聚乙烯醇（PVA）因其優異的成膜能力、生物相容性和可生物降解性而被廣泛用于包裝（Xu等人，2025年）。然而，純PVA薄膜也存在固有的局限性，尤其是高親水性和較差的防潮性能，這限制了其在高性能食品包裝中的應用（Aksakal等人，2025年）。為克服這些局限性，人們將天然聚合物和功能性添加劑引入PVA基體中（Lingait等人，2024年；Venkatesh等人，2024年）。木質素作為一種可再生的芳香族生物聚合物，可以提供增強作用、紫外線吸收和抗氧化性能（Niyazi等人，2025年；Tang等人，2025年）。然而，其與PVA的相容性較差，導致分散效果不佳，協同效應較弱。

引入綠色交聯劑是另一種有效改進PVA基薄膜的方法（Wang等人，2025年）。檸檬酸（CA）能夠促進酯類交聯，提高富含羥基的聚合物的機械性能和防潮性（Yu等人，2021年）。姜黃素（Cur）是一種天然的多酚化合物，具有抗氧化、抗菌和紫外線屏蔽功能（Li等人，2025年；Panthi等人，2025年；Shi等人，2025年）。然而，其較差的分散性和穩定性限制了其在聚合物基體中的實際應用（Wang等人，2025年）。

雖然已經分別將PVA與木質素、檸檬酸或姜黃素結合使用，但尚缺乏系統性的研究來同時改善結構穩定性、阻隔性能和生物活性。特別是CA在增強交聯作用、改善姜黃素分散性和放大功能活性方面的協同作用尚未得到充分闡明。

在本研究中，我們制備了聚乙烯醇/堿性木質素/檸檬酸/姜黃素（PVA/AL/CA/Cur）復合薄膜。本研究的新穎之處在于：（i）將增強、交聯和生物活性功能集成到單一的多功能薄膜中；（ii）系統地關聯結構、性能和保鮮效果；（iii）明確CA在穩定聚合物網絡和增強姜黃素功能中的作用。進一步將這種薄膜應用于櫻桃番茄的保鮮中，評估了其實際效果。這項工作直接解決了現有可生物降解包裝材料的關鍵問題，為開發多功能PVA基活性包裝材料提供了綠色解決方案。

實驗材料

聚乙烯醇（PVA，型號1788）購自上海燕化科技有限公司（中國上海）。堿性木質素（AL）來自泰世工業發展有限公司（中國上海）。姜黃素（Cur）和檸檬酸（CA）由Macklin生化有限公司（中國上海）提供。Folin-Ciocalteu試劑和酚酞指示劑由天津光復科技發展有限公司（中國天津）提供。使用的櫻桃番茄大小均勻且無瑕疵。

結構和形態表征

通過FTIR、XRD和SEM（圖2）對薄膜的結構和形態進行了分析。在FTIR光譜中，所有薄膜均顯示出在3600–3200?cm^?1范圍內的寬O-H伸縮帶。加入AL后，該帶變得更寬并向低波數方向移動，表明木質素的酚基-OH與PVA的醇基-OH之間的氫鍵作用增強（Thejaswi等人，2025年）。加入CA后，CA的特征C-O雙鍵伸縮帶在1724?cm^?1處出現。