废弃物增值的荔枝壳提取物和碳酸钙作为壳聚糖薄膜的双重增强剂用于活性紫外线屏蔽食品包装

　　石油基塑料主导食品包装，是全球塑料废弃物的主要贡献者，这推动了利用农业加工残留物进行增值的可生物降解替代品的开发。本研究通过溶剂浇铸法制备了多功能壳聚糖（CS）薄膜，同时用碳酸钙（CC）和荔枝壳乙醇提取物（LE，5–15% v/v）进行增强，荔枝壳是一种高产量

　　石油基塑料主导食品包装，是全球塑料废弃物的主要贡献者，这推动了利用农业加工残留物进行增值的可生物降解替代品的开发。本研究通过溶剂浇铸法制备了多功能壳聚糖（CS）薄膜，同时用碳酸钙（CC）和荔枝壳乙醇提取物（LE，5–15% v/v）进行增强，荔枝壳是一种高产量果皮残留物而非栽培植物，以在单一的全生物衍生基质中结合机械增强、紫外线屏蔽和抗氧化活性。加入CC和LE使拉伸强度提高了4.4倍，从2.45 MPa（纯CS）增加到10.85 MPa（CS/CC/LE15），而断裂伸长率从26.75%下降到12.11%。水蒸气渗透率下降了61%，从2.85降至1.12 g·mm/m

　　·day·kPa，CS/CC/LE15在280 nm处的紫外线%。DPPH自由基清除活性从3.30%（纯CS）上升到88%（CS/CC/LE15）。FTIR、XRD和FESEM分析表明，这些改进源于CS、CC和LE之间的氢键和静电相互作用，而非共价交联。这些综合增益超过了先前报道的使用栽培植物提取物的壳聚糖/CC系统，使CS/CC/LE薄膜成为包装氧气和光敏感食品的有前景的可持续候选材料，需要进一步验证迁移安全性和实际食品性能。

　　石油基塑料在食品包装中占据主导地位，导致全球塑料废弃物急剧增加，这促使研究人员开发可生物降解的替代材料，并利用农业加工残留物（如荔枝壳）进行增值。目前，壳聚糖（CS，一种天然多糖）等生物聚合物虽然可降解，但机械性能差、水蒸气阻隔性不足，且传统化学交联剂（如戊二醛）存在潜在毒性风险。因此，本研究旨在通过溶剂浇铸法，将碳酸钙（CC，一种无机填料）和荔枝壳乙醇提取物（LE，富含多酚的提取物）同时引入壳聚糖基质，制备多功能复合薄膜，实现机械增强、紫外线屏蔽和抗氧化活性的协同作用，为包装氧气和光敏感食品提供可持续方案。该论文发表在《Next Materials》。

　　研究人员采用溶剂浇铸法制备薄膜：将壳聚糖溶解于乙酸，加入甘油（增塑剂）、碳酸钙（CC，5 wt%以CS计）和不同体积分数（5%、10%、15%）的荔枝壳乙醇提取物（LE），混合均质后浇铸干燥成膜。主要关键方法包括：傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析化学相互作用，X射线衍射（XRD）分析结晶结构，场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察表面形貌，热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）评估热稳定性，紫外-可见光谱测定光透过率，DPPH自由基清除法测定抗氧化活性，并测试拉伸强度、断裂伸长率、水接触角、水蒸气渗透率等。荔枝壳来自印度Saharanpur当地市场，壳聚糖等化学试剂购自商业公司。

　　3.1 荔枝壳提取物的总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）：通过Folin-Ciocalteu法和铝盐比色法测定，LE的TPC为480 mg GAE/100g干重，TFC为600 mg RE/100g干重，表明LE富含酚类和黄酮类化合物，为后续抗氧化和UV屏蔽提供基础。

　　3.2 光学性能：通过色差计和紫外-可见光谱分析发现，随着LE浓度增加，薄膜颜色从白色变为深棕色，L值（亮度）从29.99降至18.63，a值（红度）从-0.53增至6.73，b值（黄度）增加，总色差ΔE从66.78升至80.30。UV透光率在280 nm处从17.53%（纯CS）降至0.00%（CS/CC/LE15），实现近完全UV屏蔽；可见光透光率（660 nm）从69.50%降至50.37%，表明薄膜兼具优异的UV屏蔽和适度透明度。

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　　3.3 厚度和力学性能：薄膜厚度略有增加（0.058–0.062 mm），但无显著差异（p>

　　0.05）。拉伸强度（TS）从纯CS的2.45 MPa增至CS/CC/LE15的10.85 MPa（4.4倍），断裂伸长率（EB）从26.75%降至12.11%。这一增强归因于CC的刚性填充和LE酚羟基与CS氨基之间的氢键交联，形成致密网络。

　　3.4 水分含量：水分含量从17.81%（纯CS）降至13.62%（CS/CC/LE15），因为CC和LE通过氢键减少了CS的亲水基团，降低了薄膜的吸湿性。

　　3.5 水溶性：CS/CC/LE5的水溶性（25.40%）略高于纯CS（20.50%），但LE浓度增加后水溶性降低至22.35%（CS/CC/LE15），推测是由于低浓度LE时网络不完善，而高浓度时酚类交联致密化，减少了自由亲水基团。

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　　3.6 水接触角（WCA）：从55.15°（纯CS）增至67.43°（CS/CC/LE15），表明表面亲水性降低，但仍为亲水表面（

　　<90°），这归因于cc和le部分屏蔽了cs的氨基和羟基。

　　3.7 水蒸气渗透率（WVP）：WVP从2.85降至1.12 g·mm/m2·day·kPa（降低61%），归因于CC颗粒形成曲折扩散路径，以及LE与CS的氢键作用致密化网络，减少了自由体积。

　　3.8 FESEM分析：表面形貌显示纯CS表面光滑，而CS/CC/LE薄膜表面粗糙，可见白色CC颗粒和团聚体，表明CC和LE的掺入导致表面形态变化，团聚体可能影响性能的进一步优化。

　　3.9 FTIR分析：CS/CC/LE薄膜的FTIR光谱显示酰胺I（1632 cm-1）和酰胺II（1545 cm-1）峰位移，以及酚类C=C振动（1510–1600 cm-1）增强，且无新峰出现，表明CS、CC和LE之间通过氢键和静电相互作用结合，而非共价交联。

　　3.10 XRD分析：纯CS显示三个结晶峰（8.5°、11.6°、21.32°），而CS/CC/LE薄膜中这些峰减弱和变宽，表明LE的加入破坏了CS的结晶有序性，降低结晶度，这与DSC中熔点升高形成对比，说明长程有序性降低但局部键合增强。

　　3.11 TGA分析：热降解分为三个阶段：50–150°C（水分蒸发，质量损失6–9%），200–400°C（CS主链分解，质量损失45–50%），400–700°C（残留有机物分解及CC分解为CaO）。CC/LE的加入减少了初始水分损失，并提高了主链分解温度，表明热稳定性增强。

　　3.12 DSC分析：纯CS的熔点为85°C，CS/CC/LE薄膜的熔点逐步升高，表明氢键作用增强，分子链运动受限，热稳定性提高。

　　3.13 抗氧化活性：DPPH自由基清除率从3.30%（纯CS）显著增至78%（CS/CC/LE5）、84%（CS/CC/LE10）和88%（CS/CC/LE15），归因于LE中酚羟基的氢原子转移和单电子转移机制，且活性随LE浓度增加而递增。

　　3.14 提出的机理：基于上述结果，研究人员提出CS、CC和LE之间的氢键和静电相互作用形成了致密网络，其中CC提供刚性骨架和UV散射，LE提供UV吸收和自由基清除，从而协同增强力学性能、阻隔性能、UV屏蔽和抗氧化活性。

　　总结讨论部分：研究人员在讨论中指出，薄膜性能的改善源于物理相互作用而非共价交联，且与现有文献相比，CS/CC/LE系统在相对性能增益上具有优势，因为LE来源于废弃物而非栽培作物，体现了循环经济价值。此外，薄膜的抗氧化和UV屏蔽特性可延缓食品氧化，延长货架期，但需进一步验证抗菌活性、迁移安全性和实际食品包装性能。

　　翻译研究结论部分：当前研究表明，CC和LE被成功添加到可生物降解的CS薄膜中。FE-SEM分析确认了CC和LE的掺入，FTIR分析证实了其存在。薄膜表现出高UV屏蔽和抗氧化性能。水蒸气渗透率、水溶性和水分含量降低。力学性能和热稳定性显著提高。因此，这些含有CC和植物提取物的薄膜可能成为多功能食品包装应用的潜在环保和可持续选择。该研究强调了利用园艺加工废弃物（荔枝壳）作为包装功能添加剂的循环经济价值，但需进一步评估长期光稳定性、迁移行为、生物降解性、抗菌活性及实际食品包装性能。

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