目前食品包装行业高度依赖不可降解的塑料产品，但塑料包装的过度生产和消耗导致严重的生态环境问题，并危害人类的健康。因此，开发可降解和环保的生物基材料已成为当前的趋势。壳聚糖，作为一种阳离子多糖，因其来源广泛、无毒、可生物降解、抗菌性能以及良好的成膜能力，其包装材料在食品工业中具有潜在的应用前景。然而，壳聚糖较差的水溶性和抗氧化能力极大地限制了它的应用，而通过接枝共聚能获得性能优异的壳聚糖共轭物及相应生物基膜。相比于其它接枝方法，芬顿体系介导的接枝方法因其简单、有效、环保且无毒而被广泛运用，但该方法反应时间过长且取代度低。因此，迫切需要探索一种合适的方法来提高芬顿系统介导的接枝效率。
近日，单杨院士团队丁胜华副研究员在超声协同芬顿体系制备壳聚糖-阿魏酸共聚物及对应活性薄膜方面取得进展，相关成果以“Ultrasonication significantly enhances grafting efficiency of chitosan-ferulic acid conjugate and improves its film properties under Fenton system”为题发表在农林科学领域一区TOP期刊Food Research International（IF：7.425）上，我院2020级硕士研究生徐海山为第一作者，丁胜华副研究员为通讯作者，湖南大学生物学院隆平分院为第一单位，湖南省农业科学院农产品加工研究所为第二单位。该研究得到了国家自然科学基金（32272257），湖南省自然科学基金项目（2022JJ30330）、长沙市杰出创新青年培养计划（KQ1905025）等项目的支持。
本研究通过不同时间的超声-芬顿体系（FUS）制备壳聚糖-阿魏酸共聚物，并选择合适时间的FUS制备共聚物得到对应薄膜，对结构、功能、流变学和物理特性进行研究。与传统芬顿体系相比，FUS提高了共聚物的接枝率，且随着超声时间的延长，接枝率先升高后降低。超声时间为1 min的FUS制备的共聚物（FUS1）具有最高的接枝率（121.28 mg/g），其接枝时间相比于芬顿接枝法从12 h缩短至1 min。FT-IR和XRD结果表明阿魏酸通过酯键和酰胺键与壳聚糖共价连接，且共聚物的结晶度相比于壳聚糖明显降低。SEM和Mw分析表明共聚物的降解程度随超声时间的增加而增加。此外，FUS1的DPPH和ABTS自由基清除活性最接近Vc，且具备最优的抗菌效果。因此，选择FUS1制备活性薄膜。FUS1膜液粘度相比于壳聚糖膜液明显降低。与壳聚糖基膜相比，FUS1膜的紫外透射率接近0，水蒸汽、氧气和二氧化碳渗透性均显著降低，且水溶性和拉伸强度提高了58.09%和25.72%。因此，超声-芬顿体系是一种高效制备食品活性包装材料的方法，FUS1薄膜具有广阔的应用前景。
本研究首次比较了超声-芬顿体系和传统的芬顿体系制备壳聚糖-阿魏酸共聚物的接枝效率，并探究了不同超声时间对共聚物接枝效率、结构性能、热稳定性、抗氧化性能和抗菌性能的影响，开发出一种绿色、环保、高效制备性能优异的壳聚糖-阿魏酸共聚物的方法，并开发出适合于果蔬和生鲜预制食品的活性包装膜。
日期：2023-01-04
