Acanthocereus tetragonus黏液及羟丙基甲基纤维素基生物膜在包装应用中的潜力：作为一次性塑料的可持续替代品

《Journal of Food Measurement and Characterization》：Acanthocereus tetragonus mucilage and hydroxypropyl methyl cellulose-based biofilm for packaging applications: a sustainable alternatives to single use plastic

生物复合薄膜中仙人掌粘液与HPMC协同作用研究。采用溶液铸造法制备CM-HPMC基薄膜，系统分析发现CM添加量与薄膜水溶性（37.79%→64.37%）、热稳定性（217-488℃多阶段降解）正相关，但导致拉伸强度下降（10.29→2.23 MPa）。红外光谱证实氢键结合，XRD显示非晶态结构，SEM显示低含量CM（<30%）保持均匀表面，高含量出现轻微相分离。该材料在环保包装领域具有应用潜力。

　　

摘要

在食品包装中过度依赖石油基塑料给环境带来了重大挑战，因此有必要探索可持续的生物聚合物替代品。本研究采用Acanthocereus tetragonus（仙人掌）黏液（CM）和羟丙基甲基纤维素（HPMC），并以甘油作为增塑剂，通过溶液浇铸法制备了生物复合薄膜。系统评估了这些薄膜的物理化学、机械、热学和形态学性能。在不同CM/HPMC比例下，薄膜厚度介于0.157至0.179毫米之间；颜色分析显示，随着CM含量的增加，薄膜的黄色程度（b*值）也随之增加（最高达到19.74）。ATR-FTIR光谱证实了CM与HPMC之间的氢键相互作用，证明了两者之间的相容性。机械测试结果显示，拉伸强度从HPMC纯膜的10.29 MPa下降到CM:HPMC（70:30）混合物的2.23 MPa，而断裂伸长率则从38.04%降至3.8%。随着CM含量的增加，薄膜的水溶性显著提高（从对照组的37.79%增加到CM:HPMC（70:30）混合物的64.37%），表明其亲水性得到增强。接触角分析表明，添加CM后薄膜的疏水性降低。XRD图谱显示薄膜具有非晶结构；热重分析（TGA）表明薄膜在217°C、308°C和488°C时发生多阶段降解，同时炭化残渣含量增加（最高达到10%）。差示扫描量热法（DSC）显示，在中等CM/HPMC比例下薄膜的混溶性有所改善。扫描电子显微镜（SEM）图像显示，在低CM含量时薄膜形态均匀光滑，而高浓度时则出现轻微的相分离现象。总体而言，添加仙人掌黏液提高了薄膜的水溶性和生物降解性，但降低了拉伸强度，这表明其有望作为可降解的食品包装材料使用，尤其是在需要兼具适度阻隔性能和环保性的应用场景中。