【摘 要】
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近年来,生物基材料因其环境友好、可持续属性成为塑料替代制品研究领域的热点。细菌纤维素（Bacterial cellulose,BC）是一类由细菌发酵产生的可食性纳米纤维素,具有独特的纳米结构和优异性能,在食品、造纸、生物医药等领域显示出广阔的应用前景。但BC存在过于亲水、生物活性缺乏等缺陷,大大限制了其实际应用范围。甲壳素（Chitin,CH）是仅次于纤维素的第二大天然聚合物,具有生物可降解性和抗
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（NO. 32172347）；
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近年来,生物基材料因其环境友好、可持续属性成为塑料替代制品研究领域的热点。细菌纤维素（Bacterial cellulose,BC）是一类由细菌发酵产生的可食性纳米纤维素,具有独特的纳米结构和优异性能,在食品、造纸、生物医药等领域显示出广阔的应用前景。但BC存在过于亲水、生物活性缺乏等缺陷,大大限制了其实际应用范围。甲壳素（Chitin,CH）是仅次于纤维素的第二大天然聚合物,具有生物可降解性和抗菌功能,其纳米纤维是一种有较大利用价值的潜在改性材料。本文首先利用CH对BC进行复合改性,随后引入玉米醇溶蛋白纳米颗粒（Zein nanoparticles,ZN）、天然小分子活性纳米颗粒（Glycyrrhizic acid-berberine-tannic acid nanoparticles,GBTP）等结构单元,构筑生物活性强化的BC-CH膜材料;进一步以BC-CH膜为基材,结合表面疏水修饰,评估了BC-CH复合膜在制备可食性吸管材料方面的应用潜力。主要研究结论如下:（1）研究了CH纳米纤维对BC膜形成及结构特性的影响,进一步引入ZN作为BC-CH复合膜的功能强化单元,探究了添加不同含量ZN对BC-CH膜外观、表面结构与亲疏水性、机械性、热稳定性等的影响,同时评估了BC-CH-ZN复合膜的抗菌性和水阻隔性能。结果表明:当CH占比小于50%时,BC-CH复合膜的抗拉强度和断裂伸长率无明显变化;CH和ZN的添加对复合膜的热稳定性影响不大,但均能增大膜表面的水接触角（从32.70°增至78.28°）,提升复合膜的水阻隔性和抗金黄色葡萄球菌活性。这说明通过引入CH纳米纤维和ZN复合改性能改善BC基膜材料的强亲水倾向,且赋予其一定的抗菌性能。（2）以BC-CH复合膜为基质,引入甘草酸-黄连素-单宁酸纳米颗粒（GBTP）制备抗菌活性强化的天然基材功能复合膜,对其微观结构、理化性质和抗菌性进行了表征。结果表明:GBTP的添加对BC-CH复合膜的结构完整性和热稳定性影响不大,但能进一步增大膜表面的水接触角（从48.13°增至59.80°）。GBTP的存在使复合膜表现出较强的抗菌能力,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出显著的抑制效果。这种成分天然、对人类和环境无危害的抗菌膜有望应用在食品、医学、化妆品等领域。（3）进一步以BC-CH为膜基材,结合硬脂酸（Stearic acid,SA）表面疏水修饰,评估了疏水修饰后BC-CH-SA复合膜在制备可食性吸管方面的应用潜力。结果表明,随着SA浸泡浓度的增加,制得的BC-CH-SA膜表面微观结构发生从单纯纤维交织状到鳞片层状结构的转变,膜的表面粗糙度和接触角得到显著的提高;特别地,当SA浓度为40%时,复合膜的粗糙度最大,水接触角可达到138.5°且十分钟内无明显变化。SA表面修饰能提高复合膜的断裂伸长率,但会降低膜的抗拉强度和杨氏模量,对膜热稳定性的影响不大。用40%SA溶液修饰的BC-CH-SA疏水膜制成的吸管具有良好的耐水性和耐溶性,且可制备出不同颜色的多彩吸管,具备作为可食性环保吸管应用的潜力。本研究通过引入GBTP等制备的活性抗菌膜具有作为食品包装材料或医用口罩夹层等的应用潜力,通过SA表面修饰制备的疏水膜可作为基材制备新型可食性环保吸管材料,研究成果对于开发天然可食的生物基膜材料及产品具有重要的指导意义。
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