前言：

壳聚糖基生物纳米复合薄膜是通过乳液法制备的一种复合材料 ，将壳聚糖与纳米颗粒（如纳米黏土或纳米银）混合，形成了纳米尺度的颗粒分散体系，并通过乳化过程将其均匀分散于水相中。

我们经过实验证明，壳聚糖基生物纳米复合薄膜具有良好的湿气阻隔性能，可以有效减缓食品中水分的损失，复合薄膜中纳米颗粒的加入能够赋予壳聚糖基生物纳米复合薄膜优异的抗氧化性能以及抑制食品中微生物生长和繁殖的能力。

乳液制备

在室温（5±23°C）下，使用磁力搅拌器将壳聚糖粉末分散在乙酸溶液（体积浓度为3%）中，经过2小时的搅拌后，制备得到壳聚糖溶液（质量浓度为72%）。

为了制备壳聚糖/玫瑰果籽油（CHM/RSO）乳液，将2毫升玫瑰果籽油和0.375克吐温80添加到85毫升壳聚糖溶液（质量浓度为3%）中。

使用功率为50瓦特、频率为30千赫的超声波处理器UP2H对得到的混合溶液进行均质化处理，处理时间为50分钟。

溶剂流延法制备薄膜

将50毫升的二元或三元混合物倒入直径为153厘米的玻璃培养皿中，以获得薄膜，在25°C的强制空气烘箱中将其干燥24小时。

在40°C的真空烘箱中继续干燥，得到了厚度相对均匀的薄膜，厚度范围在 0.148-0.193毫米之间 。

进行分析之前，将薄膜放置在干燥器中，在2°C的温度下，将其调节在NaBr饱和溶液（相对湿度为22%）上，持续58天。

所有的薄膜都很容易从铸造的培养皿中取出，并且表面光滑，作为参考样品，使用只含有吐温80（CHM）的壳聚糖溶液通过流延法制备的薄膜。

液滴尺寸测量和 Zeta 电位分析

使用Zetasizer仪器配备红色激光（波长为633纳米，He/Ne），通过动态光散射（DLS）技术确定了样品的流体动力学半径。

该仪器采用基于非侵入性反向散射（NIBS）的技术来减少多重散射效应，所使用的技术是非侵入性的，光学器件不会接触样品，而是检测反向散射光。

在整个测量过程中，采用了Mie方法，覆盖了从0.6纳米到6微米的范围，为了进行测量，样品需在双蒸水中稀释，并进行每次分析时的三次重复测量，每次测定进行两次分析。

ATR-FTIR 光谱

采用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）技术来测定样品的分子结构，使用 VERTEX 70 光谱仪 ，在600至4000 cm⁻¹的吸光度模式下，记录了背景和样品的红外光谱。

测量使用了4 cm⁻¹的分辨率和64次扫描，采用了配备45°ZnSe晶体（穿透厚度约为100微米）的ATR模块。

光谱数据的处理是利用OPUS和ORIGIN程序进行的，对于每个样本，基于三个记录的平均频谱进行评估。

扫描电子显微镜 （SEM）

使用QUANTA 200扫描电子显微镜，在20千伏的加速电压下，获取了扫描电子显微照片， 该系统具有集成的EDX系统 ，包括GENESIS XM 2i EDAX和SUTW检测器。

我们对薄膜表面进行了检查，这些薄膜表面没有金属涂层，使用不同的放大倍率记录了SEM图像上显示的细节。

透气性测试

使用测压气体渗透测试仪对三份样品进行氧气和二氧化碳渗透率测量，该测试仪基于气体通过薄膜传输引起的压力变化的动态测量原理。

实验测试在23°C下进行，并确保样品在调节至少4小时后，测试薄膜的面积为10平方厘米，氧气和二氧化碳的渗透率以每天毫升/平方米为单位进行表示。

测试中，薄膜将测量室分为上下两个隔间，下部隔间通过抽真空到特定的压力，并同时通过上部隔间连续通入气体流 （氧气或二氧化碳） 。

随后关闭真空泵管路上的阀门，由于气体通过上部隔间的薄膜迁移，下部隔间的压力增加。

仪器测量压力增加到两个预定义限值所需的时间，并将其与标准薄膜的测量结果进行比较，从而计算出被测薄膜的渗透率。

DPPH 自由基清除测定

采用30,2-二苯基-2-三硝基肼（DPPH）自由基测量方法，评估了CHM/RSO和CHM/RSO/C1B薄膜的自由基清除活性（RSA）。

自由基清除法是一种 简单、廉价且广泛使用的方法 ，用于测量化合物作为自由基清除剂或氢供体的能力，以及评估食物的抗氧化活性。

DPPH是一种稳定的自由基，在517纳米处表现出强烈的吸收峰，当稳定的DPPH自由基接受来自抗氧化化合物的电子时，DPPH自由基的紫色会被还原为黄色的二苯基苦肼自由基。

每个样品使用总量为300毫克进行测定，样品置于含有10毫升氯仿的容器中，在连续搅拌下进行24小时。

从每种混合物中提取1.5毫升体积，并与3毫升乙醇中的DPPH溶液 （浓度为1.5×10⁻⁴摩尔/升） 混合，通过将相同体积的氯仿与3毫升DPPH混合物作为对照样品。

将反应混合物在室温下在黑暗中静置30分钟，使用紫外-可见分光光度计测量混合物在517纳米处的吸光度，以评估样品的清除活性，这种吸光度反映了溶液中剩余DPPH自由基的量。

液滴/颗粒尺寸和乳液稳定性

不含C30B纳米粘土（CHM/RSO）的乳液显示出双峰的液滴尺寸分布，主要液滴群（占总散射强度的81%）的直径范围为737-1250纳米，而第二液滴群的平均直径为136纳米 （约占总散射强度的19%） 。

含有C30B纳米粘土的乳液显示出三峰的液滴尺寸分布，检测到的液滴群的平均直径分别为385纳米（占85%）、98纳米（占7%）和63纳米（占8%）。

C30B纳米粘土的加入改变了乳液中连续相的特性，导致主要液滴群的平均直径减小了近三倍。

ATR-FTIR 对壳聚糖乳液薄膜的结构表征

玫瑰果籽油的FTIR光谱显示了几个特征峰，在3010 cm^−1处，存在脂类的=CH振动带，表示油酸甲酯基团的存在。

在2925和2855 cm^−1处，出现了不对称和对称振动的ν(C-H)带，这是甘油三酯的烷基剩余部分的特征，这在植物油中常见。

我们在1743 cm^−1处，观察到了酯羰基的ν (C=O)吸收带，这是饱和脂肪酸含量高、烃链较短的油中常见的化学基团。

附近的1654 cm^−1处出现的峰对应于双C=C键，可能与油中多不饱和脂肪酸的含量有关，1461 cm^−1处的波段与δ (C-H)变形相关。

其他波段包括1375 cm^−1（来自脂类的亚甲基变形振动）、1316 cm^−1（来自树脂杂质的δ (C-H)）和1237 cm^−1（来自非共轭顺式双键的=CH基团的平面变形振动）。

通过FTIR光谱，已经证明将RSO和C30B粘土成功掺入壳聚糖基薄膜中，在光谱中观察到的带移表示了在相界面上形成的氢键和范德华相互作用，这些相互作用会影响材料的力学性能。

将C30B纳米填料添加到溶解在乙酸溶液中的壳聚糖液体体系中有助于壳聚糖基质的*能官**团 （主要是胺基和羟基） 与纳米粘土硅酸盐层中的Si-O键形成氢键。

壳聚糖的羟基和胺基团也可能与C30B粘土硅酸盐层中的Si-O-Si基团结合。

形态分析

使用扫描电子显微镜进行观察，发现将玫瑰果籽油和纳米粘土C30B掺入壳聚糖薄膜后，CHM样品表面呈现出光滑和连续的结构。

对CHM/RSO/T80薄膜表面的检查显示，由于RSO油滴的存在，形成了较大的球形空腔，这些空腔均匀地分散在CHM基质中，RSO小球的平均粒径为4.7±1.6μm，油滴的大小在2.1μm到7.2μm之间。

非离子表面活性剂和T80乳化剂的存在确保了薄膜的均匀性和油滴的包覆性，通过将C30B纳米粘土添加到乳液体系中，RSO液滴的平均粒径减小到约2.6±0.7μm， 油滴更好地分布在乳液流延膜中 。

C30B有机粘土也均匀地分布在平均粒径为0.44±0.1μm的乳液浇注薄膜中。

动态吸湿

根据IUPAC分类，吸附/解吸等温线通常与疏水/低亲水材料的吸附相关联，并呈现出V型曲线，壳聚糖基薄膜通过掺入玫瑰果籽油和C30B纳米粘土在薄膜基质中，可能改变了吸附剂与水之间的相互作用。

玫瑰果籽油-壳聚糖薄膜的等湿质量含量（EMC）明显低于参考壳聚糖薄膜。

这可能是因为玫瑰果籽油的 羧酸盐基团与壳聚糖氨基 的静电中和作用降低了壳聚糖的可用性，从而增加了薄膜网络的致密性，限制了水分子对壳聚糖亲水位点的访问。

将C30B纳米粘土添加到壳聚糖-RSO乳液膜中进一步降低了平衡水分含量，这表明纳米粘土的加入会影响生物聚合物薄膜的水蒸气阻隔性能。

这可能是由于纳米粘土颗粒填充了壳聚糖基质中的间隙，或者是由于C30B纳米粘土本身的疏水性贡献，这种影响可能导致薄膜对水分的渗透性降低，从而提高了薄膜的阻隔性能。

抗氧化活性

自由基清除活性是抗氧化特性中的一个重要方面，其重要性在于自由基对食物和人体都会产生负面影响，导致氧化应激，并与多种人类疾病的发展有关。

壳聚糖本身具有一定的抗氧化活性 ，这是因为壳聚糖中残留的游离氨基能够与自由基发生反应，形成稳定的大分子自由基和铵基。

与其他具有生物活性的化合物相比，壳聚糖的抗氧化活性相对较低，可以被忽略不计。

当将玫瑰果籽油添加到壳聚糖薄膜中时，自由基清除活性（以百分比表示，即RSA）可以增加多达三倍（在30分钟后进行测定）。

这意味着玫瑰果籽油的添加显著增强了壳聚糖薄膜的抗氧化活性，提高了其清除自由基的能力。

但当向壳聚糖/玫瑰果籽油膜中添加C30B纳米粘土时，并未观察到对样品抗氧化活性的显著影响，这可能意味着C30B纳米粘土的添加对于壳聚糖/玫瑰果籽油薄膜的抗氧化活性没有明显改变。

结论

我们成功制备了壳聚糖、玫瑰果籽油和C30B蒙脱石薄膜，并采用了包封乳液法对其进行了表征，添加玫瑰果籽油可以提高壳聚糖基薄膜的柔韧性，而添加C30B纳米粘土可以提高生物复合材料的断裂强度。

通过FTIR分析证实，薄膜中的组分之间形成了分子间/分子内氢键，这保证了薄膜的完整性，因此具有出色的气体（氧气和二氧化碳）和水蒸气阻隔性能。

研究结果显示，壳聚糖乳液薄膜表现出强大的抗菌和抗氧化活性，因此 可以用于生物活性食品包装的材料 。

参考文献：

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【2】巴尔德斯，《用于食品包装应用的抗菌食用涂层的最新技术》

【3】拉加隆，《用于食品包装的多功能和纳米增强聚合物》

【4】昆特罗，《可食用薄膜和涂料：结构，活性功能和使用趋势》