北京工商大学孙宝国院士和陈刚教授团队在牛乳光氧化阻控及水果保鲜包材领域取得重要突破

 

液态乳制品因透明包装易受光照而发生光氧化反应，造成品质劣化和食品安全风险。使用添加阻光色母的透明聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）瓶仍是我国乳企防止液态乳光氧化的主要方式，但该包材无法完全阻止200～400 nm间紫外光，而核黄素作为液态乳中主要的光敏物质，在200～450 nm处均具有较高吸收，因此该类型PET瓶对液态乳光氧化保护效果并不理想，且阻光色母的简单物理包埋，易导致其泄露至液态乳中，造成食品安全风险。此外，含有二氧化钛等阻光色母的PET瓶回收难度大，加重了白色污染，与我国“绿色低碳”发展理念不符。聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）作为一种可生物降解的高分子材料，具备优良的成膜性能和加工适应性，且其分子链上富含羟基，可引入具有抗紫外和抗菌性能的填料，可有效提升其包装性能。

常见的无机紫外线吸收剂（如二氧化钛、氧化锌和氧化铝）虽具有良好的紫外线屏蔽能力，但其可能会降低包装材料的力学性能，限制了其实际应用。天然产物（如黑色素、七叶亭、木质素及肉桂酸酯衍生物）表现出良好的紫外线防护效果，且不对聚合物基体及环境产生不良影响。其中，阿魏酸二乙酯（diethyl ferulate，DEF）作为一种肉桂醛衍生物，在200～370 nm范围内具有优异的紫外吸收能力，可作为透明聚合物薄膜的紫外屏蔽纳米填料。但其水溶性较差，限制了其在亲水性聚合物基体中的应用。

聚苯乙烯（polystyrene，PS）微球因表面可修饰性强，可通过多巴胺（dopamine，DA）自聚合在PS微球表面形成聚多巴胺（polydopamine，PDA）涂层，构成PS@PDA复合微球。由于PDA表面富含氨基和酚羟基，可通过点击化学将DEF修饰到PDA表面，提高其在PVA基体中的分散性，有效解决其在亲水性基体中的相容性问题，并拓展其在食品包装材料中的潜在应用。此外，银纳米颗粒（silver nanoparticle，AgNPs）因其高比表面积及优异的抗菌性能，可通过原位还原反应负载于PDA表面，赋予薄膜抗菌功能。

本研究通过DEF和AgNPs修饰的PS@PDA作为多功能纳米填料，并将其掺入PVA薄膜中。研究表征了PS@PDA/DEF/Ag的合成及其在PVA薄膜（PS@PDA/DEF/Ag/PVA）中的分散情况，并系统评估了其热稳定性、紫外防护能力、光稳定性及抗菌性能。此外，将该薄膜应用于牛乳、红枣及草莓的贮藏实验，以评估其在防止光氧化及微生物污染方面的实际效果。研究结果表明，该多功能复合薄膜在食品包装领域具有良好的应用前景，并为开发高性能食品包装材料提供了新思路。

 

 

 

本研究通过CuAAC反应和原位生长反应成功合成了水溶性PS@PDA/DEF/Ag纳米颗粒，并将其掺入PVA基质中制备多功能PS@PDA/DEF/Ag/PVA薄膜，系统研究了该复合膜的防紫外线和抗菌性能。当PS@PDA/DEF/Ag含量超过0.5 wt%时，复合膜的紫外线屏蔽率可达到94.0%及以上，并在连续紫外线照射30 d后仍保持优异的光稳定性。此外，抗菌实验表明，PS@PDA/DEF/Ag/PVA-4 wt%薄膜对E. coli O157:H7和S. aureus的抑制区直径分别为（3.8±0.3） mm和（3.2±0.3） mm，展现出良好的抗菌性能，证明其在抗菌材料领域的应用潜力。在食品保鲜实验中，PS@PDA/DEF/Ag/PVA薄膜有效减少了牛乳和青枣的光氧化，显著延长了其保质期。同时，该复合膜能有效抑制微生物生长，使草莓在贮藏7 d后仍保持良好的品质。综上所述，本研究强调了纳米材料在多功能食品包装开发中的潜在应用，为高效抗菌、防紫外线食品包装材料的设计提供了重要理论依据。