根據(jù)世界衛(wèi)生組織的研究，細(xì)菌感染已成為人類(lèi)健康的主要威脅。食物是細(xì)菌感染的主要傳播途徑之一。由于可作為細(xì)菌和食品之間的接觸屏障，減少微生物和交叉感染以及細(xì)菌滅活，必須重視食品包裝。食品包裝中使用的薄膜大部分是來(lái)自石化資源的聚合物，它們不可再生，且不可降解。使用這些薄膜會(huì)造成資源緊張，且不利于環(huán)保。因此，替代基于石油的聚合物，生物聚合物，如纖維素、淀粉、明膠、大豆蛋白等，以及合成的生物聚合物，如聚乳酸等逐漸得到開(kāi)發(fā)作為可持續(xù)發(fā)展和有效的食品包裝薄膜。此外，纖維素已被確認(rèn)是制備食品包裝薄膜的合適的原料。

羧甲基纖維素（CMC）是纖維素經(jīng)甲基化反應(yīng)后的衍生物。CMC保留了纖維素原有的多糖線性化學(xué)結(jié)構(gòu)，且含有定量的羧基。CMC具有親水性、成膜性、可降解性、成本低、溶液粘度高、透明、無(wú)毒等特點(diǎn)。它在食品、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。但纖維素及其衍生物不具備有效的抗菌能力，這是基于纖維素抗菌包裝材料發(fā)展的關(guān)鍵因素。

研究表明，用纖維素和復(fù)合抗菌劑制備的食品包裝材料可有效地殺滅食源性致病菌，抑制微生物生長(zhǎng)。食品包裝材料一般是在纖維素基體中摻雜無(wú)機(jī)納米粒子，如AgNPs、Zn/ZnO、Cu、TiO2等，并與抗生素藥物復(fù)配而成。使用后，金屬納米顆粒會(huì)在環(huán)境中持續(xù)存在，造成一定程度的生物毒性和環(huán)境污染。此外，抗生素耐藥性是對(duì)人類(lèi)健康和可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重威脅，世界范圍內(nèi)已達(dá)到臨界水平。據(jù)報(bào)道，超支化聚合物納米顆粒具有低粘度、低毒性、高反應(yīng)性等特點(diǎn)。PAMAM是三維球形大分子，核心單元為乙二胺，支化單元末端為伯胺基團(tuán)。與無(wú)機(jī)納米材料和抗生素相比，它具有更高的安全性、對(duì)環(huán)境友好、細(xì)菌耐受性強(qiáng)。此外，基于纖維素的抗菌復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良、熱穩(wěn)定性高且具有顯著的抗菌性能。因此，使用該復(fù)合材料制備的食品包裝材料可有效延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期、降低生產(chǎn)成本和防腐劑添加量，并簡(jiǎn)化相應(yīng)的滅菌過(guò)程。這些包裝材料提高了食品質(zhì)量，減少了有害物質(zhì)對(duì)人體健康的潛在影響。

梔子素是從梔子果實(shí)中提取的天然成分，能有效與含伯胺基團(tuán)（如明膠、殼聚糖等）的天然生物材料交聯(lián)。梔子素的化學(xué)交聯(lián)涉及在官能團(tuán)之間形成離子鍵或共價(jià)鍵，從而構(gòu)建致密、穩(wěn)定和不可逆的三維薄膜網(wǎng)絡(luò)，其中含胺基的化合物與梔子素的反應(yīng)機(jī)理已經(jīng)進(jìn)行過(guò)討論和分析。它可顯著改善復(fù)合材料的化學(xué)性能，提供高交聯(lián)密度。梔子素有廣泛的應(yīng)用，包括骨再生和治療癌癥。與戊二醛和甲醛等交聯(lián)劑相比，梔子素表現(xiàn)出優(yōu)良的生物降解性和低細(xì)胞毒性，即使在低的添加量下也能達(dá)到可觀的交聯(lián)值，更適于用作食品包裝材料。

齊魯工業(yè)大學(xué)的李彥春教授等在研究中，首先用PAMAM（G0）修飾雙醛羧甲基纖維素（DCMC），合成了超支化雙醛羧甲基纖維素（HPD）。然后，采用“一鍋法”制備了新型超支化雙醛羧甲基纖維素接枝明膠（HPD/Gs）膜。用FTIR、SEM-EDS、XRD、TGA/DTG、DSC等對(duì)HPD/Gs的結(jié)構(gòu)特征、交聯(lián)度、厚度、溶脹行為、水溶解度、水蒸氣滲透性、表面形貌、親水性、機(jī)械強(qiáng)度、抗菌性能、生物相容性等進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，所制備的HPD/Gs薄膜具有良好的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。當(dāng)HPD與G的質(zhì)量比為1:1.5時(shí)，HPD/1.5G薄膜的交聯(lián)度、膨脹行為、水蒸氣滲透率（WVP）、水接觸角、抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率分別達(dá)到42.757%、109.114%、46.71 g?mm/m2?day?kPa （1 天）、115.4 ± 4.5°、1.77 MPa、320.93%。此外，HPD/Gs膜對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌具有良好的細(xì)胞相容性和抗菌性能。該研究表明，所設(shè)計(jì)的HPD/Gs是一種具有潛在應(yīng)用價(jià)值的綠色抗菌材料。

圖. A）超支化雙醛羧甲基纖維素（HPD）和（B）超支化雙醛羧甲基纖維素/明膠（HPD/Gs）的制備機(jī)理

文獻(xiàn)來(lái)源：Li Yan, Xugang Dang,* Mao Yang, Wenjia Han, and Yanchun Li*. ACS Sustainable Chem. Eng. 2023, 11, 7323-7333.