《Journal of Agriculture and Food Research》：Development and characterization of nano-modified ethyl cellulose/chitosan composite films with antioxidant and antimicrobial properties for active food packaging
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為克服乙基纖維素(EC)在活性包裝中抗菌與抗氧化功能不足的局限，研究人員開發了納米改性殼聚糖(CS)與納米分散氧化石墨烯(GO)復合的EC基薄膜，通過溶液澆鑄法制備了EC/CS-Glu-GO等多組分薄膜。該薄膜的極限拉伸強度從36.2 MPa提升至66.2 MPa，并對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌表現出強抗菌活性（MIC 58–234 μg/mL），在-8°C冷凍儲存的高脂絞肉中能將TBARS值顯著降低至1.92 mg MDA/kg（第60天）。該研究為延長冷凍肉制品的貨架期提供了具有協同抗氧化、抗菌功能的多功能活性包裝材料。
在食品工業追求可持續發展與減少浪費的今天，開發智能、活性的生物聚合物包裝薄膜已成為研究熱點。乙基纖維素(EC)因其生物可降解、無毒、耐水等特性被視為理想基材，但它本身缺乏抗菌與抗氧化功能，限制了其在易腐食品（如肉類）包裝中的應用。與此同時，殼聚糖(CS)雖然具有天然抗菌性，但其親水性強、機械性能差；氧化石墨烯(GO)則擁有優異的力學增強、紫外屏蔽及抗菌潛力。如何將三者優勢結合，制造出既能有效保護食品又兼具良好機械性能的復合材料，成為研究者面臨的挑戰。
為此，Masoud Shayestehkar、Behzad Masoumi、Mahnaz Tabibiazar、Soghra Ramezani和Parisa Ahmadi在《Journal of Agriculture and Food Research》上發表研究，致力于開發并表征一種納米改性的EC/CS復合薄膜，通過引入GO和葡萄糖(Glu)改性CS，賦予其抗氧化與抗菌性能，專門用于活性肉品包裝。
研究采用了溶液澆鑄法制備薄膜，關鍵技術方法包括：利用掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)分析薄膜微觀形貌與納米填料分散性；通過萬能材料試驗機測定薄膜的極限拉伸強度(UTS)和斷裂伸長率(EAB)；采用還原刃天青微孔板法(REMA)和振蕩燒瓶法測定薄膜組分及薄膜自身對金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和大腸桿菌(Escherichia coli)的最小抑菌濃度(MIC)和抗菌活性；通過DPPH自由基清除實驗評估薄膜的抗氧化活性；最后將薄膜應用于本地采購的高脂絞牛肉，在-8°C冷凍和4°C冷藏條件下分別儲存，通過測定硫代巴比妥酸反應物(TBARS)值和進行微生物菌落總數(TVC)、腸桿菌科(Enterobacteriaceae)及金黃色葡萄球菌計數，評估其在真實食品體系中的保鮮效果。
3.1. 物理外觀
通過視覺觀察，隨著GO添加量增加，薄膜不透明度增加，但GO超過1% (wt.)時會出現團聚。添加經Glu或GO改性的CS會使薄膜呈現棕黃色，這是胺基與還原基團反應形成納米結構CS所致。通過外觀均勻性篩選，最終確定EC (F1)、EC/GO 1% (F4)、EC/CS-Glu 1% (F8)、EC/CS-GO 0.25% (F10)和EC/CS-Glu-GO 0.25% (F12)這五種薄膜進行后續深入研究。
3.2. 機械性能、厚度、溶解性和水蒸氣滲透性
所有薄膜厚度無顯著差異(0.12–0.14 mm)。溶解度也基本一致(0.79%–0.84%)，表明添加劑未改變EC基體的疏水性。機械性能方面，納米改性CS的加入顯著提升了性能：純EC薄膜(F1)的UTS為36.2 MPa，而EC/CS-Glu-GO薄膜(F12)的UTS達到最高的66.2 MPa，EAB也顯著提高。然而，GO濃度過高(2%， F5)會導致UTS下降。水蒸氣透過率(WVTR)結果顯示，添加納米結構CS會輕微增加WVTR，這可能源于其親水基團引入了水分傳輸路徑。
3.3. 薄膜微觀結構
SEM和AFM分析顯示，EC/CS-Glu薄膜表面更均勻，裂紋更少。而添加GO的薄膜在較高濃度下會出現白色團聚點，導致表面粗糙度增加。截面SEM顯示GO的加入使薄膜呈現更多孔隙結構，這可能對力學性能和阻隔性能產生復雜影響。
3.4. 光透過性能
紫外-可見光透過率測試表明，純EC薄膜透光率最高。GO的加入顯著降低了薄膜在200-400 nm紫外線區域的透光率，這歸因于GO的共軛芳香結構具有紫外線屏蔽能力。EC/CS-Glu-GO復合薄膜在200-700 nm范圍內均表現出較強的光吸收，顯示出優異的紫外-可見光阻隔性能，有利于防止光照引起的食品氧化。
3.5. FTIR分析
傅里葉變換紅外光譜證實了各組分間存在相互作用。在CS-GO顆粒中，觀察到C=O和C=C特征峰位移，表明GO的官能團與CS發生了作用。在CS-Glu中，特征峰強度減弱并發生位移，可能與CS胺基的糖基化形成希夫堿有關。在所有復合薄膜中，C-H和C=O伸縮振動峰的增強，表明薄膜內分子間作用力得到加強。
3.6. 抗菌活性
通過REMA法測定各組分的MIC值。GO溶液對金黃色葡萄球菌(MIC 78 μg/mL)的抑制效果強于大腸桿菌(MIC 156 μg/mL)。CS-GO溶液對兩種菌均表現出最佳抑制效果(MIC分別為117和58 μg/mL)。CS-Glu-GO溶液也表現出良好的抗菌性，但Glu的存在可能為某些細菌提供了碳源，略微影響了其對大腸桿菌的抑制效果。
3.7. 細胞活性（振蕩燒瓶法）
通過動態振蕩燒瓶法評估薄膜的抗菌性能。接觸24小時后，EC/CS-GO薄膜對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺滅率分別達到98%和100%，表現最佳。EC/GO薄膜對金黃色葡萄球菌也可實現100%殺滅。結果表明，所有含活性成分的薄膜均表現出顯著的抗菌效果，且對革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌）的效果通常優于革蘭氏陰性菌（大腸桿菌）。
3.8. 復合薄膜的抗氧化活性分析
DPPH自由基清除實驗表明，所有薄膜的抗氧化活性在30天儲存期內均有所下降。在第7天，EC/CS-Glu薄膜的抗氧化活性最高(60.4%)。含有GO和CS的薄膜(EC/CS-GO, EC/CS-Glu-GO)其抗氧化活性也顯著高于純EC薄膜。這表明CS和Glu的添加，以及可能的美拉德反應產物，顯著增強了薄膜的抗氧化能力。
3.9. 硫代巴比妥酸反應物分析
將薄膜應用于-8°C儲存的高脂絞牛肉，通過TBARS值評估脂質氧化程度。儲存60天后，純EC包裝的肉樣TBARS值最高(2.62 mg MDA/kg)。所有復合薄膜均能延緩氧化，其中EC/CS-Glu-GO薄膜效果最顯著，在第60天將TBARS值控制在最低的1.92 mg MDA/kg，表明CS、Glu和GO的協同作用能有效抑制冷凍肉類中的脂質過氧化。
3.10. 活性薄膜包裝絞肉的微生物品質
將薄膜用于4°C冷藏的絞肉包裝，監測12天內的微生物變化。在所有測試薄膜中，EC/CS-GO薄膜對菌落總數(TVC)、腸桿菌科和金黃色葡萄球菌的抑制效果最為突出，使絞肉在儲存結束時的微生物數量顯著低于純EC包裝組，并使其菌落總數在12天時仍低于可接受限值(7 log CFU/g)，有效延長了產品的微生物貨架期。
綜上所述，本研究成功開發了一系列納米改性EC/CS復合薄膜。通過引入GO和Glu改性CS，不僅大幅提升了EC基薄膜的機械強度（UTS最高提升至66.2 MPa），還賦予了其強大的抗菌（特別是EC/CS-GO薄膜）和抗氧化性能。FTIR、SEM和AFM分析證實了各組分間良好的相互作用與分散性。在真實的絞牛肉包裝應用中，這些薄膜，尤其是EC/CS-Glu-GO，能顯著延緩脂質氧化（降低TBARS值）并抑制微生物生長，從而延長冷凍和冷藏肉品的貨架期。該研究突出了GO與葡萄糖改性CS的協同效應，為制造用于易腐食品，特別是高脂肉類包裝的多功能、高性能活性包裝材料提供了有前景的策略。盡管這些薄膜展現出巨大潛力，但作者也指出，未來仍需對GO基薄膜的遷移行為與安全性進行深入研究，以推動其商業化應用。
