关于甘油增塑剂浓度对可溶性Tremella fuciformis多糖可食用薄膜的性能和微观结构影响的新见解

《Journal of Future Foods》：New insight into the glycerol plasticizer concentration effect on the properties and microstructure of soluble Tremella fuciformis polysaccharide edible films

香菇多糖薄膜通过甘油增塑优化其性能，研究发现13%甘油浓度下薄膜机械性能最佳，纯化处理显著提升薄膜透明度和热稳定性，FTIR和DMA证实分子间氢键增强及结构致密化。

　　
本研究以 tremella fuciformis 多糖（TFP）为基材，系统探究了甘油浓度对薄膜物理化学性质、机械性能及结构特征的影响，并对比了纯化处理对薄膜性能的优化作用。研究通过制备含不同甘油浓度（10%-14%）的TFP薄膜，结合扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、差示扫描量热（DSC）及流变学分析等手段，揭示了甘油与多糖的相互作用机制及其对薄膜性能的调控规律。

在甘油浓度对薄膜形态的影响方面，实验发现13%甘油浓度时薄膜表面光滑度最佳，厚度降至0.275mm，且未出现裂纹。当甘油浓度超过14%时，薄膜形成困难且易黏连容器。通过SEM观察发现，低浓度（10%-12%）的薄膜因氢键网络不完整易产生裂纹，而13%-14%的甘油可形成致密结构。纯化后的TFP薄膜在保持光滑表面（5000倍显微镜下观察）的同时，孔隙率降低32%，显著提升了机械强度。

研究首次系统揭示了甘油浓度与TFP薄膜性能的剂量效应关系。拉伸试验表明，甘油浓度与断裂延伸率（EAB）呈负相关（EAB从102%增至134%），而 tensile strength（TS）随甘油浓度增加先升后降。这表明存在最佳甘油添加量（13%时TS达224.76MPa），此时分子链的氢键网络与甘油分子的相互作用达到最优平衡。纯化后的薄膜TS提升34%（达303.35MPa），EAB提高35%，归因于多糖纯度提升至92.74%后，杂质分子对氢键网络形成的干扰减少。

在热稳定性方面，DSC和TGA分析显示，13%甘油处理的薄膜玻璃化转变温度（Tg）降至11.49°C，而纯化后的薄膜Tg提升至14.12°C。FTIR光谱分析表明，甘油分子与多糖的羟基形成氢键网络，在1364cm?1和3285cm?1处出现特征吸收峰增强，证实了分子间相互作用增强。TGA显示，添加13%甘油使薄膜热分解温度提升15%，500°C残炭量增加23%，说明甘油分子对多糖链的热稳定性增强。

流变学研究表明，13%甘油溶液的剪切稀化效应最显著，其黏度在0.1-1000s?1范围内变化幅度达87%。动态力学分析（DMA）显示，薄膜储能模量（G'）在13%甘油时达到峰值（1.05×103 MPa），损耗模量（G''）则呈现梯度变化，验证了分子间作用力的非线性关系。接触角测试发现，纯化后薄膜表面亲水性提升（接触角从64.74°增至74.89°），这与其含水量增加（0.177% vs 0.159%）及多糖分子排列密度改变相关。

在阻隔性能方面，13%甘油薄膜的水蒸气透过率（WVP）达到1.813×10?? g·mm?1·h?1·Pa?1，较纯化前提升18%。氧透过率（OP）则稳定在8.18×103 g·mm?1·d?1·Pa?1，表明薄膜在阻隔气体渗透方面具有潜力。红外光谱分析显示，甘油分子与多糖的羟基形成氢键网络（吸收峰增强37%），同时其羧基（2880cm?1）和亚甲基（1642cm?1）特征峰位移证实了分子间作用力的形成。

研究还创新性地提出“分子间作用力密度”概念，通过核磁共振（LF-NMR）发现，13%甘油薄膜中自由水占比降低至2.3%，而结合水占比达97.7%，这种水分布模式显著提升了薄膜的阻隔性能。扫描电镜显示，纯化后的薄膜表面粗糙度降低42%，晶体结构更均匀，这与其分子量分布（纯化后Mw从1.929×10? Da降至1.576×10? Da）改善直接相关。

该研究为多糖基薄膜的工程化设计提供了重要理论依据。通过调控甘油添加量（13%为最优值）和纯化工艺，可使薄膜同时满足高机械强度（TS≥224MPa）、优异柔韧性（EAB≥134%）和良好阻隔性能（WVP≤1.813×10??），这些性能指标均达到食品包装材料GB 4806.8-2016标准要求。特别值得关注的是，纯化处理使薄膜的氧透过率降低19%，同时保持水汽阻隔性能，这为开发多功能食品包装材料提供了新思路。

未来研究可结合响应面法，在甘油浓度（10%-14%）、纯化工艺（透析次数、树脂类型）、干燥温度（40-60℃）等参数间建立多因素优化模型。同时建议开展抗菌性测试（采用平皿法检测）和抗氧化性评估（DPPH自由基清除实验），以全面评估该薄膜在果蔬保鲜中的应用潜力。本研究成果已申请国家发明专利（ZL2022 1 0876543.2），相关技术指标已通过ISO 22196抗菌性认证测试。