《Journal of Agriculture and Food Research》：Development and characterization of nano-modified ethyl cellulose/chitosan composite films with antioxidant and antimicrobial properties for active food packaging
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为克服乙基纤维素(EC)在活性包装中抗菌与抗氧化功能不足的局限，研究人员开发了纳米改性壳聚糖(CS)与纳米分散氧化石墨烯(GO)复合的EC基薄膜，通过溶液浇铸法制备了EC/CS-Glu-GO等多组分薄膜。该薄膜的极限拉伸强度从36.2 MPa提升至66.2 MPa，并对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌表现出强抗菌活性（MIC 58–234 μg/mL），在-8°C冷冻储存的高脂绞肉中能将TBARS值显著降低至1.92 mg MDA/kg（第60天）。该研究为延长冷冻肉制品的货架期提供了具有协同抗氧化、抗菌功能的多功能活性包装材料。
在食品工业追求可持续发展与减少浪费的今天，开发智能、活性的生物聚合物包装薄膜已成为研究热点。乙基纤维素(EC)因其生物可降解、无毒、耐水等特性被视为理想基材，但它本身缺乏抗菌与抗氧化功能，限制了其在易腐食品（如肉类）包装中的应用。与此同时，壳聚糖(CS)虽然具有天然抗菌性，但其亲水性强、机械性能差；氧化石墨烯(GO)则拥有优异的力学增强、紫外屏蔽及抗菌潜力。如何将三者优势结合，制造出既能有效保护食品又兼具良好机械性能的复合材料，成为研究者面临的挑战。
为此，Masoud Shayestehkar、Behzad Masoumi、Mahnaz Tabibiazar、Soghra Ramezani和Parisa Ahmadi在《Journal of Agriculture and Food Research》上发表研究，致力于开发并表征一种纳米改性的EC/CS复合薄膜，通过引入GO和葡萄糖(Glu)改性CS，赋予其抗氧化与抗菌性能，专门用于活性肉品包装。
研究采用了溶液浇铸法制备薄膜，关键技术方法包括：利用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析薄膜微观形貌与纳米填料分散性；通过万能材料试验机测定薄膜的极限拉伸强度(UTS)和断裂伸长率(EAB)；采用还原刃天青微孔板法(REMA)和振荡烧瓶法测定薄膜组分及薄膜自身对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和大肠杆菌(Escherichia coli)的最小抑菌浓度(MIC)和抗菌活性；通过DPPH自由基清除实验评估薄膜的抗氧化活性；最后将薄膜应用于本地采购的高脂绞牛肉，在-8°C冷冻和4°C冷藏条件下分别储存，通过测定硫代巴比妥酸反应物(TBARS)值和进行微生物菌落总数(TVC)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)及金黄色葡萄球菌计数，评估其在真实食品体系中的保鲜效果。
3.1. 物理外观
通过视觉观察，随着GO添加量增加，薄膜不透明度增加，但GO超过1% (wt.)时会出现团聚。添加经Glu或GO改性的CS会使薄膜呈现棕黄色，这是胺基与还原基团反应形成纳米结构CS所致。通过外观均匀性筛选，最终确定EC (F1)、EC/GO 1% (F4)、EC/CS-Glu 1% (F8)、EC/CS-GO 0.25% (F10)和EC/CS-Glu-GO 0.25% (F12)这五种薄膜进行后续深入研究。
3.2. 机械性能、厚度、溶解性和水蒸气渗透性
所有薄膜厚度无显著差异(0.12–0.14 mm)。溶解度也基本一致(0.79%–0.84%)，表明添加剂未改变EC基体的疏水性。机械性能方面，纳米改性CS的加入显著提升了性能：纯EC薄膜(F1)的UTS为36.2 MPa，而EC/CS-Glu-GO薄膜(F12)的UTS达到最高的66.2 MPa，EAB也显著提高。然而，GO浓度过高(2%， F5)会导致UTS下降。水蒸气透过率(WVTR)结果显示，添加纳米结构CS会轻微增加WVTR，这可能源于其亲水基团引入了水分传输路径。
3.3. 薄膜微观结构
SEM和AFM分析显示，EC/CS-Glu薄膜表面更均匀，裂纹更少。而添加GO的薄膜在较高浓度下会出现白色团聚点，导致表面粗糙度增加。截面SEM显示GO的加入使薄膜呈现更多孔隙结构，这可能对力学性能和阻隔性能产生复杂影响。
3.4. 光透过性能
紫外-可见光透过率测试表明，纯EC薄膜透光率最高。GO的加入显著降低了薄膜在200-400 nm紫外线区域的透光率，这归因于GO的共轭芳香结构具有紫外线屏蔽能力。EC/CS-Glu-GO复合薄膜在200-700 nm范围内均表现出较强的光吸收，显示出优异的紫外-可见光阻隔性能，有利于防止光照引起的食品氧化。
3.5. FTIR分析
傅里叶变换红外光谱证实了各组分间存在相互作用。在CS-GO颗粒中，观察到C=O和C=C特征峰位移，表明GO的官能团与CS发生了作用。在CS-Glu中，特征峰强度减弱并发生位移，可能与CS胺基的糖基化形成希夫碱有关。在所有复合薄膜中，C-H和C=O伸缩振动峰的增强，表明薄膜内分子间作用力得到加强。
3.6. 抗菌活性
通过REMA法测定各组分的MIC值。GO溶液对金黄色葡萄球菌(MIC 78 μg/mL)的抑制效果强于大肠杆菌(MIC 156 μg/mL)。CS-GO溶液对两种菌均表现出最佳抑制效果(MIC分别为117和58 μg/mL)。CS-Glu-GO溶液也表现出良好的抗菌性，但Glu的存在可能为某些细菌提供了碳源，略微影响了其对大肠杆菌的抑制效果。
3.7. 细胞活性（振荡烧瓶法）
通过动态振荡烧瓶法评估薄膜的抗菌性能。接触24小时后，EC/CS-GO薄膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭率分别达到98%和100%，表现最佳。EC/GO薄膜对金黄色葡萄球菌也可实现100%杀灭。结果表明，所有含活性成分的薄膜均表现出显著的抗菌效果，且对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）的效果通常优于革兰氏阴性菌（大肠杆菌）。
3.8. 复合薄膜的抗氧化活性分析
DPPH自由基清除实验表明，所有薄膜的抗氧化活性在30天储存期内均有所下降。在第7天，EC/CS-Glu薄膜的抗氧化活性最高(60.4%)。含有GO和CS的薄膜(EC/CS-GO, EC/CS-Glu-GO)其抗氧化活性也显著高于纯EC薄膜。这表明CS和Glu的添加，以及可能的美拉德反应产物，显著增强了薄膜的抗氧化能力。
3.9. 硫代巴比妥酸反应物分析
将薄膜应用于-8°C储存的高脂绞牛肉，通过TBARS值评估脂质氧化程度。储存60天后，纯EC包装的肉样TBARS值最高(2.62 mg MDA/kg)。所有复合薄膜均能延缓氧化，其中EC/CS-Glu-GO薄膜效果最显著，在第60天将TBARS值控制在最低的1.92 mg MDA/kg，表明CS、Glu和GO的协同作用能有效抑制冷冻肉类中的脂质过氧化。
3.10. 活性薄膜包装绞肉的微生物品质
将薄膜用于4°C冷藏的绞肉包装，监测12天内的微生物变化。在所有测试薄膜中，EC/CS-GO薄膜对菌落总数(TVC)、肠杆菌科和金黄色葡萄球菌的抑制效果最为突出，使绞肉在储存结束时的微生物数量显著低于纯EC包装组，并使其菌落总数在12天时仍低于可接受限值(7 log CFU/g)，有效延长了产品的微生物货架期。
综上所述，本研究成功开发了一系列纳米改性EC/CS复合薄膜。通过引入GO和Glu改性CS，不仅大幅提升了EC基薄膜的机械强度（UTS最高提升至66.2 MPa），还赋予了其强大的抗菌（特别是EC/CS-GO薄膜）和抗氧化性能。FTIR、SEM和AFM分析证实了各组分间良好的相互作用与分散性。在真实的绞牛肉包装应用中，这些薄膜，尤其是EC/CS-Glu-GO，能显著延缓脂质氧化（降低TBARS值）并抑制微生物生长，从而延长冷冻和冷藏肉品的货架期。该研究突出了GO与葡萄糖改性CS的协同效应，为制造用于易腐食品，特别是高脂肉类包装的多功能、高性能活性包装材料提供了有前景的策略。尽管这些薄膜展现出巨大潜力，但作者也指出，未来仍需对GO基薄膜的迁移行为与安全性进行深入研究，以推动其商业化应用。
