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本研究制备了DAS/PVA/Cap薄膜，系统研究了辣椒素对薄膜微观结构、UV屏蔽、抗菌、机械性能及水阻隔性的影响。结果表明辣椒素均匀分布，显著提升薄膜的拉伸强度（11.9 MPa至17.27 MPa）和延展性（269.7%至322.7%），对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为91.4%和73.4%，可有效抑制果蔬包装中的微生物感染，延长保鲜期。

　　

罗秦聪|欧阳金玉|詹璐琪|梁国环|王晓娟

中国广西桂林理工大学化学与生物工程学院电化学与磁化学功能材料重点实验室，桂林，541004

摘要

本研究探讨了富含辣椒素（Cap）的聚乙烯醇/二醛淀粉（DAS/PVA）薄膜在食品包装中的抗菌和抗氧化性能。全面研究了二醛淀粉/聚乙烯醇/辣椒素（DAS/PVA/Cap）薄膜的微观结构、紫外线屏蔽、抗菌、机械性能和防水性能。结果表明，辣椒素能够均匀分布在DAS/PVA薄膜中，抑制气泡形成，并提高拉伸强度和断裂伸长率（从11.9 MPa提高到17.27 MPa，从269.7 MPa提高到322.7 MPa）。此外，分布均匀的辣椒素赋予DAS/PVA薄膜优异的抗菌活性，对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）的抑制率分别达到91.4%和73.4%。开发的DAS/PVA/Cap薄膜用于新鲜绿葡萄的包装，以防止微生物污染并延长其保质期。这些结果表明，富含辣椒素的DAS/PVA薄膜在果蔬包装领域具有广泛的应用前景。

引言

近年来，由于传统石油基不可降解聚合物在加工方便、成本低廉以及具有独特的机械和阻隔性能等优点，其在包装领域的使用量迅速增加[1,2]。然而，这类包装材料会造成严重的环境污染，因此开发可降解材料受到了广泛关注。

聚乙烯醇是一种常见的生物相容性和可降解聚合物，具有高亲水性，但缺乏抗菌性能，机械和热性能较差。为了克服纯PVA材料的缺点，人们采用了多种方法[3],[4],[5]，其中之一是将天然生物聚合物添加到聚乙烯醇中。淀粉作为一种可降解且可再生的天然生物聚合物，在减轻食品包装废弃物对环境的影响方面具有巨大潜力[6]，并被广泛用于改善PVA薄膜的性能[7,8]。然而，天然淀粉的缺点（如吸湿性）限制了PVA/淀粉薄膜的改进，因此人们开始使用淀粉衍生物[9]。向PVA中添加含有醛基团的物质可以提高其可降解性，并产生更功能性的材料；同时，醛基团与醇基团之间的反应还会使PVA薄膜具有更好的防水性能[10]。二醛淀粉（DAS）是一种广泛使用的氧化淀粉[11],[12],[13],[14]，含有大量醛基团，不仅具有高反应性[15]、粘附性[16]和糊化能力，还具有良好的健康安全性和可降解性。由大豆蛋白分离物（SPI）和DAS制成的薄膜具有良好的紫外线阻隔性能和疏水性，添加DAS后薄膜的表面粗糙度增加到了19.2 nm[17]。虽然DAS的添加提升了PVA薄膜的紫外线阻隔性能，但其缺乏抗菌性能仍然是食品包装的一个关键限制。因此，具有增强抗菌和物理性能的DAS/PVA薄膜对于食品包装至关重要。

提高DAS/PVA抗菌性能的一种简单有效方法是添加抗菌剂。辣椒素是一种从水果和蔬菜中提取的天然化合物，常被用作食品着色剂和调味剂[18]。其抗菌[19]、抗氧化[20]、抗炎[21]、抗肿瘤[22]和镇痛[23]等生物活性使其在食品[24]、医疗[25]和农业[26]领域得到应用，但其强烈的辛辣气味和较差的水溶性严重限制了其在包装领域的应用[27]。近期，更多研究关注其其他应用方向。Ju等人[28]将辣椒素作为液晶的取代基团，改善了液晶的垂直排列行为并提升了电光性能；Tang等人[29]将辣椒素衍生的自聚物添加到纳滤膜中，该膜表现出可靠的分离性能和良好的抗污染效果（对大肠杆菌的抗菌效率为93.7%）；Zhao等人[30]将辣椒素作为FeIII-MOFs中的抗菌成分，含有辣椒素-FeIII-MOFs的明胶/壳聚糖薄膜对大肠杆菌表现出高效的抗菌活性。因此，我们假设辣椒素可以用作DAS/PVA薄膜中的抗菌剂。

本研究旨在探索辣椒素作为抗菌剂在DAS/PVA薄膜中的应用。实验中向PVA中添加了辣椒素和二醛淀粉，成功制备了DAS/PVA/Cap薄膜，并全面研究了二醛淀粉的醛基含量、聚乙烯醇、甘油和辣椒素浓度对薄膜微观结构、紫外线屏蔽、抗菌、机械性能、防水性能和保鲜效果的影响。这项工作为PVA薄膜在食品包装领域的应用提供了新的可能性。

材料与试剂

聚乙烯醇（聚合度：1750±50，醇解度：98–100%）购自国药集团化学有限公司。辣椒素（AR级）购自西龙科技有限公司。大肠杆菌和金黄色葡萄球菌购自广东省微生物研究所。玉米淀粉（纯度≥99%，直链淀粉含量25%，粒径20 μm）购自上海阿拉丁公司。过氧化钠（AR级）购自上海麦克林生化有限公司。

FTIR分析

图1展示了淀粉、不同醛含量的二醛淀粉（DAS）、DAS/PVA薄膜和DAS/PVA/Cap薄膜的FTIR光谱。淀粉（ST）的FTIR峰（图1a）出现在3000–3600 cm^?1、2800–3000 cm^?1、1200–1500 cm^?1和900–1200 cm^?1的波数范围内，分别对应于-OH、-CH₂、C-OH和C-O-C键[40]。DAS的显著峰（图1a）位于1738 cm^?1，该峰与CO键有关，且随着醛基含量的增加而增强[41]。

结论

将辣椒素掺入DAS/PVA薄膜材料中，以研究其对薄膜结构和性能的影响。结果表明，辣椒素在DAS/PVA基质中分布均匀，富含辣椒素的DAS/PVA薄膜表现出增强的机械强度和防水性能。分布均匀的辣椒素使DAS/PVA薄膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有优异的抗菌活性。综上所述，这些数据表明...

CRediT作者贡献声明

罗秦聪：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，数据可视化，方法学设计，数据管理，概念构思。欧阳金玉：撰写 – 初稿，数据可视化，验证，正式分析，数据管理。詹璐琪：撰写 – 审稿与编辑，验证，方法学设计。梁国环：实验研究，数据管理。王晓娟：撰写 – 审稿与编辑，项目监督，资源协调，资金筹集，概念构思。

利益冲突声明

作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益和个人关系：王晓娟表示桂林理工大学提供了财务支持和行政支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。