具有食品保鲜功能的羧甲基纤维素-硫量子点复合薄膜的制备研究

随着人们对生态环境保护意识的不断增强，使用天然高分子这种可降解材料来替代传统石油烃类物质作为包装材料，已成为一种日益流行的趋势。在众多天然高分子中，羧甲基纤维素钠（CMC）因其广泛的来源、低廉的价格、卓越的成膜能力和可食用性，已成为可生物降解包装材料的佼佼者。然而，CMC的抗菌和抗氧化能力的缺失，限制了它在食品包装领域的进一步应用。

近年来，硫量子点（SQDs）作为一种新兴的纳米材料，因其出色的抗菌活性、抗氧化性以及优异的水分散性和可调节的荧光特性，受到了科研界的广泛关注。SQDs在食品色素检测、金属离子分析、生物成像等领域展现出了巨大的应用潜力。尽管SQDs在食品保鲜方面具有巨大的应用前景，但目前关于将其作为食品包装材料的研究还相对匮乏。

鉴于此，本项目旨在融合CMC和SQDs的优势，采用一种简单、高效且成本低廉的制备技术，开发出一种新型的CMC/SQDs复合薄膜（如图1所示）。我们期望这种复合薄膜不仅具备卓越的抗氧化和抗菌性能，而且能够作为食品包装材料，有效延长新鲜水果的保质期。通过这一创新研究，我们希望能够为食品保鲜领域提供一种全新的解决方案，为推动食品包装材料的可持续发展做出贡献。

  图1. 制备具有良好抗菌和抗氧化性能的CMC/SQDs复合薄膜用于水果保鲜的示意图。

在食品包装材料领域，天然高分子材料与量子点的复合应用已经成为研究的热点。学者们已经开展了多项研究，旨在通过量子点的引入，提升CMC的性能。例如，Riahi 等人通过水热法合成了碳量子点，并将其与CMC共混，成功制备了用于柠檬包装的薄膜；Ezati 等人合成了N掺杂的碳点，与CMC共混后，不仅提高了薄膜的抗紫外效果，还显著改善了水接触角和水蒸气透过率，为活性包装领域提供了新的应用方向。

硫量子点（SQDs）因其独特的光学特性，在荧光检测和生物成像方面展现出巨大的应用潜力。Huang 等人利用β-环糊精作为配体合成了SQDs，成功应用于食品中柠檬黄的检测；Lei 等人采用聚乙烯醇（PVA）作为配体合成的SQDs，对Fe³⁺表现出选择性的荧光猝灭效果，且荧光强度随温度变化，为监测生物组织和细胞内的Fe³⁺浓度及温度变化提供了新的工具。特别值得一提的是，SQDs不仅在检测方面有所应用，其优异的抗氧化性能和抗菌性能也使其成为食品包装材料中理想的活性添加剂。Priyadarshi 等人采用水热法合成SQDs，并以明胶和琼脂为基体材料，制备了具有良好抗紫外和抗菌性能的功能膜；Riahi 等人则利用海藻酸钠和SQDs浇铸成膜，制备出了具有良好抗菌性能的膜材料。

尽管已有研究探索了CMC与量子点的复合应用，但将CMC与SQDs结合，制备具有优异抗菌和抗氧化性能的食品包装材料的研究尚属空白。本项目旨在填补这一研究空白，开发出新型的CMC/SQDs复合薄膜，以期为食品包装材料的发展注入新的活力，为食品保鲜技术的进步提供新的解决方案。

本项目利用具有优异抗菌性能和抗氧化性能的SQDs与生物可降解高分子CMC复合来制备综合性能优异的食品保鲜薄膜材料，大大延长食品的保质期，为食品保鲜提供新的解决方案，这是本项目最大的创新点和研究特色。

本项目整体技术路线如图所示：

具体实验方案如下：

1)      利用硫磺粉和乙二胺为原料，采用一步溶剂热法合成具有良好抗菌性能和抗氧化性的SQDs。

2)      采用共混浇筑的方法制备CMC/SQDs复合薄膜。

3)      对所制得的CMC/SQDs复合薄膜进行结构表征和性能测试，考察制备条件对复合薄膜的抗氧化性能、抗菌性能、机械性能、光学性能、耐热性能等的影响，获得最佳的制备条件。

4)      利用CMC/SQDs 复合薄膜作为包装材料，评价其对葡萄、草莓等水果保鲜效果的影响。期间使用相机记录不同保存阶段水果表皮的变化，使用激光共聚焦显微镜对水果表皮进行微观形貌分析。

1.       拟解决的问题：

 （1）   研究SQDs的合成，解决具有优良抗菌和抗氧化性能的SQDs的调控合成难题。

 （2）   研究SQDs与CMC复合制备具有优异综合性能的 CMC/SQDs 复合薄膜，解决CMC用作包装材料时抗氧化性和抗菌性能不足的问题。

 （3）   研究CMC/SQDs 复合薄膜在水果保鲜方面的应用，解决当前包装材料难以长时间让水果保鲜的难题。

2.       预期成果

（1）    合成出具有优良抗菌和抗氧化性能的SQDs。在此基础上，将SQDs与CMC复合，制备出综合性能优异的 CMC/SQDs 复合薄膜材料。

（2）    研究复合薄膜作为包装材料的应用，获得可以延长新鲜水果保质期的CMC/SQDs复合薄膜材料，为食品保鲜技术的进步提供新的解决方案

（3）    研究结果撰写发表SCI或EI收录论文一篇。

2024.5-2024.6：查阅资料，制定详细的研究计划，准备项目所需的实验材料。

2024.7-2024.9：合成SQDs，并制备CMC/SQDs复合薄膜。

2024.10-2024.11：测试CMC/SQDs复合薄膜的结构和性能。

2024.12-2025.02：评价复合薄膜作为包装材料在水果保鲜方面的效果。

2025.3-2025.4：整理实验数据，撰写发表论文，准备结题报告。