利用从木质纤维素生物质中提取的羧甲基纤维素开发基于淀粉的可生物降解薄膜，用于食品包装应用

《Surfaces and Interfaces》：Development of Starch- Based Biodegradable Films Using Carboxymethyl Cellulose Extracted from Lignocellulosic Biomass for Food Wrapping Applications

基于稻壳和甘蔗渣提取羧甲基纤维素（CMC）并制备可降解薄膜，结果显示稻壳产CMC更高（22g/100g），FTIR和XRD证实改性成功，SEM显示纳米颗粒结构，薄膜溶解性良好（5.29%），适用于可持续食品包装。

　　

Sai Nandhini Ravi | Yuganthra Balaji | Kotapati Harshitha | Koppala Snehithaa | Sheela Thangaraj | Meivelu Moovendhan

印度泰米尔纳德邦金奈Vel Tech Rangarajan Dr. Sagunthala科学技术研发研究所生物技术系。

摘要

塑料垃圾带来的日益严重的生态问题促使人们寻找可降解的替代品，这些替代品来源于农业废弃物。本研究重点是从稻壳（RH）和甘蔗渣（SCB）中提取羧甲基纤维素（CMC），并评估其用于制作可降解食品包装膜的适用性。通过依次进行碱处理、酸处理和漂白处理后，再对提取物进行羧甲基化处理。实验结果表明，每100克稻壳可提取22克CMC，而甘蔗渣仅能提取17克CMC，说明稻壳是更有效的原料来源。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析通过特征性的O–H、C–H和C–O–C吸收峰确认了羧甲基化反应的成功；X射线衍射（XRD）分析显示CMC具有中等结晶度（CrI = 55.9%），这有助于提高其柔韧性和溶解性。场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察发现，CMC颗粒的尺寸在22.6至41.1纳米之间。由此制备的CMC-淀粉薄膜具有层次分明、结构紧密的特点，且溶解性良好（5.29%），使其成为可持续、环保的食品包装材料的有力候选者。

章节摘录

引言

合成聚合物的快速积累以及其中仅有少量被回收利用的现象，激发了人们对来自植物和微生物的生物聚合物作为环保替代品的兴趣[19]。因此，研究人员致力于开发对环境无害、不造成污染且可生物降解的材料，因为这些材料会分解成无毒、环保的成分[18]。近期的一些综述强调了各种废弃物衍生材料（如蛋壳粉等）的潜力。

预处理

稻壳先用蒸馏水清洗，以去除灰尘、污垢和可溶性杂质。清洗后的生物质在70°C的烤箱中干燥16小时，随后用机械研磨机研磨并通过60目筛网进行筛选[12]。

碱处理

采用氢氧化钾进行碱处理，以去除稻壳中的二氧化硅、木质素和半纤维素成分。具体操作为：将100克筛选后的稻壳与6%（w/v）的氢氧化钾溶液混合……

从稻壳和甘蔗渣中提取CMC的特性分析

表1显示了从稻壳和甘蔗渣中提取的CMC的数量。

结论

本研究成功从两种木质纤维素废弃物——稻壳和甘蔗渣中提取并应用了羧甲基纤维素（CMC），将其作为可降解的薄膜材料用于可持续食品包装。由于稻壳的纤维素含量高于甘蔗渣，因此其CMC产量略高，从而成为更有效的原料。不过，将这两种原料结合使用后，得到的CMC在功能和物理性能上达到了平衡。

作者贡献

MM和RSN：概念构思、方法设计、实验研究、数据可视化、初稿撰写及审稿编辑。 YB、KH和KS：实验研究、结果验证、数据可视化及审稿编辑。

参与同意书

不适用。

发表同意书

不适用。

伦理审批

不适用。

资金支持

无资金支持。

数据和材料的提供

作者将在合理请求下提供相关数据和材料。

CRediT作者贡献声明

Sai Nandhini Ravi：初稿撰写、数据可视化、结果验证、资源协调、项目统筹、概念构思。 Yuganthra Balaji：初稿撰写、方法设计、实验研究、数据分析、数据管理。 Kotapati Harshitha：初稿撰写、数据可视化、结果验证、数据分析。 Koppala Snehithaa：初稿撰写、方法设计、实验研究、数据分析。 Sheela Thangaraj：初稿撰写、软件应用。

利益冲突声明

作者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。

致谢

作者感谢印度金奈Vel Tech Rangarajan Dr. Sagunthala科学技术研发研究所及SIMATS大学的管理层在项目实施过程中提供的持续支持，使得本研究能够顺利完成。