基于波斯胶-HPMC-壳聚糖生物聚合物的桉树精油纳米乳与Pickering乳体系开发及其在功能薄膜与可持续生物材料中的工业应用

为解决传统石油基聚合物环境污染及功能性生物材料开发需求，伊朗马赞德兰大学研究团队创新性地将波斯胶(PG)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和壳聚糖(CS)复合，构建了负载桉树精油的纳米乳(NE)与Pickering乳(PE)体系。研究发现，乳化显著提升了抗菌活性（对S. aureus抑制达15±2.5 mm），且乳液添加使薄膜热稳定性提升至600°C，水接触角增至103.3°，为食品、医药和农业领域提供了新型可持续材料解决方案。

　　

随着全球对可持续材料的迫切需求，传统石油基聚合物带来的环境问题日益凸显。在食品包装、医药敷料和农业涂层等领域，开发兼具功能性和环境友好特性的生物材料成为研究热点。桉树精油(EO)虽具有优异的抗菌和抗氧化性能，但其强挥发性、水溶性差以及高浓度下的感官影响限制了直接应用。如何通过创新载体系统实现精油的高效负载与控释，同时保持生物材料的机械性能和稳定性，成为当前研究的核心挑战。

马赞德兰大学化学系有机化学教研室的研究人员开创性地将伊朗特有资源波斯胶(Persian Gum, PG)与羟丙基甲基纤维素(HPMC)、壳聚糖(CS)复合，构建了双重乳化体系：采用Tween 80稳定的纳米乳液(NE，粒径100.63±6.9 nm)和纤维素纳米纤维(CNF)稳定的Pickering乳液(PE，粒径535.2±8.5 nm)。研究发现，NE使薄膜对B. subtilis的抗菌活性提升14倍，PE体系则将热稳定性推升至500°C，突破性解决了生物材料功能性不足的瓶颈。相关成果发表在《Industrial Crops and Products》上，为工业级生物材料开发提供了新范式。

研究采用GC-MS分析桉树精油成分（1,8-桉叶素占50.77%），通过动态光散射(DLS)表征乳液粒径，结合荧光显微镜观察PE形态。薄膜性能测试包括水蒸气透过率(WVP)、热重分析(TGA)和X射线衍射(XRD)，抗菌活性通过CLSI标准方法评估。

3.1 GC-MS分析
桉树精油主要含1,8-桉叶素(50.77%)、(+)匙叶桉醇(11.25%)和蓝桉醇(7.90%)，为后续乳化提供活性基础。

3.2 乳液特性
NE展现超小粒径(PDI 0.2)和14天稳定性，PE通过CNF形成球形颗粒(CI 19%)，荧光显微图像证实其均匀分散。

3.3 抗菌性能
NE使E. coli的MIC从8 mg/mL降至0.58 mg/mL，薄膜对S. aureus抑制圈达15±2.5 mm，证实乳化可增强生物活性。

3.5 薄膜特性
创新性发现包括：

• 热稳定性：NE-ED在600°C仍保留10%质量，DTG曲线显示降解峰值延迟
• 疏水性：PE-ED水接触角达103.3°，较对照组(24.6°)实现亲疏水性能逆转
• 结构完整性：XRD显示20.8°特征峰保持，证实乳液添加未破坏晶体结构

这项研究首次实现PG-HPMC-CS三元复合体系的工业化应用突破。通过NE/PE双路径负载技术，不仅将桉树精油的抗菌效用最大化（对B. subtilis活性提升14倍），更创造出热稳定性超越常规生物材料的新体系。FE-SEM图像中均匀分布的纳米孔洞(图5)揭示了乳液与基质的完美相容性，而TGA数据(图6)中NE-ED在600°C的残炭率，为高温加工场景提供了可能。该成果不仅拓展了波斯胶这一区域性工业副产物的高值化应用，更为医药缓释、农业控释和食品保鲜等多领域提供了可定制化的材料平台。研究者特别指出，PE体系中CNF形成的三维网络结构(图2)为开发机械增强型生物复合材料开辟了新思路。