Preparation and performance of cellulose antibacterial composite film from corn stover with dandelion extract and tea polyphenols
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摘要: 玉米秸秆的高附加值利用既可以减轻污染和资源浪费，还对探索秸秆的工业化利用和农业可持续发展具有深远的意义。以玉米秸秆制备的微晶纤维素(CSMCC)为原料，1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)为溶剂体系，蒲公英提取物(DE)和茶多酚(TP)为抗菌剂，通过共混法制备抗菌复合膜。通过FTIR、XRD、SEM和热重分析对复合膜的形貌和结构进行表征及对力学、光学、阻隔、抑菌等性能测试分析。结果表明：DE和TP与纤维素基膜较好地复合，复配抗菌剂DE-TP抗菌复合膜相比于DE、TP抗菌复合膜具有较优的拉伸强度((52.60±6.33) MPa)、氧气阻隔性能(氧气透过系数为(1.65±0.25)×10−11 cm3·cm/(cm2·s·Pa))，且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有更好的抑制作用。同时DE-TP抗菌复合膜断裂伸长率相比于纤维素基膜提升了53.96%，透光率保持在(82.56±0.26)%，具有良好的力学性能和光学性能。为制备对控制食品腐败变质和生物资源高效利用具有重要意义的环境友好型抗菌复合膜的研发提供新思路。Abstract: The high value-added utilization of corn straw can not only reduce pollution and resource waste, but also has far-reaching significance for exploring the industrial utilization of corn straw and sustainable agricultural development. Using microcrystalline cellulose (CSMCC) prepared from corn straw as raw material, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride ([Bmim]Cl) as solvent system, dandelion extract (DE) and tea polyphenol (TP) as antibacterial agents, antibacterial composite film was prepared by blending method. The morphology and structure of the composite film were characterized by FTIR, XRD, SEM and thermogravimetric analysis, and the mechanical, optical, barrier and antibacterial properties were tested and analyzed. The results show that DE and TP are well combined with cellulose base film. The composite antibacterial agent DE-TP antibacterial composite film has better tensile strength ((52.60±6.33) MPa), oxygen barrier performance (oxygen transmission coefficient is (1.65±0.25)×10−11 cm3·cm/(cm2·s·Pa)) and better inhibition effect on Escherichia coli and Staphylococcus aureus than the DE and TP antibacterial composite films. At the same time, compared with the cellulose base film, elongation at break of DE-TP antibacterial composite film increased by 53.96%, and the light transmittance is (82.56±0.26)%, which has good mechanical and optical properties. It provides a new idea for the research and development of environment-friendly antibacterial composite film, which is important for controlling food spoilage and efficient utilization of biological resources.
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纤维素是世界上最丰富的天然有机物质，广泛存在于植物、海洋生物和微生物中，具有广泛的应用价值[1-2]。以纤维素为原料制备的绿色环保抗菌材料，具有良好的力学性能、生物相容性、可降解性、热稳定性和抗菌性能，是国内外研究重点[3-5]。开发纸浆纤维、纤维素纳米纤维和再生纤维素膜等纤维素包装材料可取代具有缓冲和阻隔包装功能的石油基塑料[6]，纤维素的应用提高了食品包装膜的性能，对物理、机械、阻隔和结构性能具有积极影响[7]。海藻多糖和纤维素复合膜具有良好的相容性，可以延长食品的保质期[8]；壳聚糖附着在氧化纤维素膜上，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有抗菌作用[9]。纤维素保鲜膜的原料来源多种多样，从榴莲皮中分离出高纯度纤维素，成功地将植物和食物废弃物转化为可生物降解的包装[10]；农业废弃物秸秆也是纤维素的来源之一[11]。我国秸秆的年产量高，但利用率较低。利用玉米秸秆提取纤维素，进而将纤维素制成再生纤维素膜作为包装材料，不仅能减轻因焚烧和丢弃带来的污染和资源浪费，还对探索秸秆的工业化利用和农业可持续发展具有深远的意义。
天然提取的动植物抗菌剂凭借其材料来源广、可再生、环保无污染等优势，在食品保鲜中得到了越来越广泛的关注与应用。尤其是动物甲壳中提取的壳聚糖和植物中提取的精油类、酚类、中草药类如茶多酚与蒲公英等。蒲公英的药用价值很早就被使用，具有解热、散结等功效[12]。蒲公英具有多种生物活性，蒲公英中起作用的主要活性成分是黄酮类、甾醇类和有机酸等物质，抗菌和抗氧化作用显著[13-14]，可用于化妆品[15]和食品保鲜[16]等领域。茶多酚是茶中多酚类化合物的总称，是茶树的次生代谢产物，具有良好的抗氧化性、抗菌性，对人体健康有益[17-18]，已成为目前广泛应用的天然食品保鲜剂。有报道将茶多酚和聚乙烯醇以静电纺丝[19]或流延[20]的形式制成薄膜，提高了聚乙烯醇薄膜的抗氧化和抗菌性能。同样，由茶多酚和壳聚糖[21-22]、淀粉[23-25]、聚乳酸[26]及纤维素[27-28]制成的薄膜都提高了薄膜的抗菌性能。目前，将蒲公英提取物或蒲公英提取物/茶多酚复配抗菌剂共混纤维素中制备抗菌复合膜的研究鲜有报道。本文利用酸碱法从玉米秸秆中提取纤维素，通过酸解反应制备玉米秸秆微晶纤维素(CSMCC)作为原料，以([Bmim]Cl)为溶剂体系，通过CSMCC溶解再生制备基膜，再以蒲公英提取物、茶多酚以及蒲公英提取物和茶多酚复配物质为抗菌剂，通过共混法制备抗菌复合膜，并研究抗菌剂变化对抗菌膜性能的影响，为制备对控制食品腐败变质和生物资源高效利用具有重要意义的环境友好型抗菌复合膜的研发提供新思路，同时可为玉米秸秆的高附加值利用提供可行的途径。
1. 实验材料及方法
1.1 原材料
玉米秸秆、蒲公英，购自吉林省舒兰市；茶多酚(TP)，江西富之源生物科技有限公司；1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)，工业级，林州市科能材料科技有限公司；氢氧化钠、冰乙酸、无水乙醇，AR，天津光复科技有限公司；亚氯酸钠，AR，国药集团化学试剂有限公司；硫酸，AR，广东西陇科学股份有限公司；牛肉膏、蛋白胨、琼脂，BR，北京奥博星生物技术有限责任公司；大肠杆菌，金黄色葡萄球菌，哈尔滨商业大学微生物实验室。
1.2 复合材料制备
1.2.1 玉米秸秆纤维素提取
将玉米秸秆，去叶、切段、蒸馏水清洗后沸水蒸煮1 h，烘干粉碎过筛(40 mm)，得玉米秸秆粉末。称取100 g的玉米秸秆粉末与2000 mL浓度40 g/L的NaOH溶液混合，80℃搅拌反应2 h，离心洗涤至中性。滤渣加入17 g/L的亚氯酸钠溶液(固液比1∶20，g∶mL)，30%的醋酸调节pH为4.0，80℃处理2 h，离心洗涤至中性，60℃干燥粉碎得到玉米秸秆纤维素(CSC)。
1.2.2 玉米秸秆微晶纤维素制备
玉米秸秆纤维素(CSC)与浓度8%硫酸(固液比1∶20，g∶mL)在85℃酸解反应1 h，离心并洗涤至中性，真空冷冻干燥24 h，研磨粉碎，过筛(200 mm)，得到玉米秸秆微晶纤维素(CSMCC)。
1.2.3 蒲公英提取物制备
蒲公英粉碎过筛(40 mm)后与40%乙醇水溶液混合(固液比1∶20，g∶mL)，超声20 min后70℃下水浴加热2 h，过滤提取液后加水(水∶乙醇体积比=3∶1)以相同提取条件下加热2 h，将两次提取液合并过滤残渣后于4℃的冰箱冷藏室中过夜保存。将提取液离心后取上清液，旋转蒸发浓缩滤液，干燥粉碎，制得蒲公英提取物(DE)。
1.2.4 再生纤维素基膜的制备
取质量分数为4wt%的CSMCC(以[Bmim]Cl质量计)90℃恒温加热4 h溶解于[Bmim]Cl中，搅拌至完全溶解，制得混合均匀CSMCC膜液，膜液静置1 h除去气泡，利用700 µm刮膜器将CSMCC膜液平铺于玻璃板上成CSMCC湿膜。将CSMCC湿膜反复浸泡于去离子水中10 min去除[Bmim]Cl，形成玉米秸秆再生纤维素(CSRGC)湿膜；在60℃下烘干24 h，得到CSRGC基膜。
1.2.5 抗菌复合膜制备
取质量分数为4wt%CSMCC(以[Bmim]Cl质量计) 90℃恒温加热4 h溶解于[Bmim]Cl中，搅拌至完全溶解，制得混合均匀CSMCC膜液，加入适量抗菌剂(AA，抗菌剂AA分别为蒲公英提取物DE、茶多酚TP、蒲公英提取物和茶多酚复合抗菌剂DE-TP)搅拌至完全溶解制备抗菌复合膜膜液，膜液静置1 h除去气泡，利用700 µm刮膜器将抗菌复合膜膜液平铺于玻璃板上成抗菌复合膜湿膜。将抗菌复合膜湿膜反复浸泡于去离子水中10 min去除[Bmim]Cl，形成再生抗菌复合膜(AA-CSRGC)湿膜；在60℃下烘干24 h，得到AA-CSRGC抗菌复合膜(图1)。其配比见表1。
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图 1 玉米秸秆微晶纤维素(CSMCC) 0# (a) 和1# (b)、2# (c)、3# (d) 抗菌复合膜图Figure 1. Pictures of microcrystalline cellulose prepared from corn straw (CSMCC) 0# (a) and 1# (b), 2# (c), 3# (d) antibacterial composite film表 1 抗菌复合膜组分Table 1. Composition of antibacterial composite filmSample DE content/
wt%TP content/
wt%Remarks 0# — — As blank group 1# 15 15 w(DE)∶w(TP)=1∶1 2# 30 — 3# — 30 Notes: DE—Dandelion extract; TP—Tea polyphenol; "—" means not added; The added amount of DE and TP is the percentage of the mass of DE and TP in the mass of CSMCC. 1.3 测试与表征
采用美国Perkin Elmer Frontier傅里叶变换红外光谱分析仪用溴化钾压片法测定抗菌复合膜的FTIR图谱，扫描范围在4000~500 cm−1；采用荷兰帕纳科X pert3 Powedr X射线衍射仪在加速电压40 kV、电流30 mA、2θ为5°~50°条件下对抗菌复合膜进行XRD并分析其结晶度；采用美国菲达康QUANTA200扫描电子显微镜，将样品表面镀金，利用SEM观察抗菌复合膜的微观形貌；取适量样品在10℃/min升温速率、温度范围为50~600℃的氮气环境中，采用德国耐驰STA449 F3热重差热同步分析仪进行测定；采用长春月明小型试验机有限责任公司LD-05电脑测控拉力试验机根据GB/T 1040.3—2006[29]，将每种薄膜裁成150 mm×10 mm的长方形样条5张，标距为40 mm，测定复合膜的拉伸强度、断裂伸长率；采用上海仪电物理光学仪器有限公司WGT-S透光率/雾度测定仪根据GB/T 2410—2008[30]，将每种薄膜裁成50 mm×50 mm的方形片材5片，在恒温(25℃)、恒湿(50%)、常压(0.1 MPa)条件下，分别将片材放于透光率/雾度测定仪处，测定薄膜的透光率和雾度。采用济南兰光机电技术有限公司VAC-VBS压差法气体渗透仪根据GB/T 1038—2000[31]，23℃环境下进行氧气透过率测试，测定复合膜的氧气透过系数。采用抑菌圈法测定复合膜抑菌性能，复合膜打孔孔径在6 mm左右。抗菌复合膜制备工艺及评价见图2。
1.4 数据统计与分析
采用SPSS 26.0软件(IBM SPSS Statistics)对所得数据进行方差分析(ANOVA)，显著性检验方法为Duncan多重检验，显著水平为0.05。
2. 结果与讨论
2.1 秸秆微晶纤维素的结构
图3为玉米秸秆微晶纤维素和市购微晶纤维素(MCC)的FTIR图谱。可以看出，MCC图谱中在3412 cm−1、2901 cm−1、1638 cm−1、1373 cm−1、1059 cm−1及897 cm−1处分别为纤维素的O—H伸缩振动、C—H伸缩振动、O—H的弯曲伸缩振动、C—H弯曲振动、C—O伸缩振动和C—O—C不对称伸缩振动等特征吸收峰。玉米秸秆微晶纤维素和市购微晶纤维素红外光谱的特征波峰基本上一致。
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图 2 抗菌复合膜制备工艺及评价Figure 2. Preparation and evaluation of antibacterial composite filmCSC—Corn straw cellulose; DE—Dandelion extract; TP—Tea polyphenols; CSRGC—Corn stalk regenerated cellulose![]()
图 3 CSMCC和市购微晶纤维素(MCC)的FTIR图谱Figure 3. FTIR spectra of CSMCC and commercial microcrystalline cellulose (MCC)2.2 秸秆微晶纤维素的结晶性能
图4为玉米秸秆微晶纤维素和市购微晶纤维素的XRD图谱。市购微晶纤维素和制备的玉米秸秆微晶纤维素XRD图谱在14.8º、22.5º和34.5º处出现了明显的纤维素Ⅰ晶型特征峰，分别对应为(101)、(002)和(040)晶面，两种纤维素的衍射峰在位置上基本保持一致。对衍射峰分析，即将结晶峰的峰面积与所有衍射峰的峰面积进行比较，得到的CSMCC结晶度为86.06%，同时MCC的结晶度为88.87%，通过FTIR表征和XRD分析说明成功制备玉米秸秆微晶纤维素。
2.3 抗菌复合膜的结构
图5为DE、TP、CSRGC和抗菌复合膜的FTIR的图谱。可以看出，DE的FTIR图谱中在3390 cm−1附近强而宽的峰为O—H伸缩振动，2930 cm−1为饱和C—H伸缩振动，1697 cm−1为C=O伸缩振动，1631 cm−1为O—H的弯曲伸缩振动，1453 cm−1为芳环C=C骨架振动，1367 cm−1为C—H的面内弯曲振动，1044 cm−1为C—O伸缩振动，828 cm−1为芳环上C—H面外弯曲振动吸收，蒲公英提取物中主要成分为黄酮和蒲公英甾醇等抗菌抗氧化的物质。
TP的FTIR图谱中在3401 cm−1附近强而宽的峰为O—H伸缩振动，2928 cm−1为饱和C—H伸缩振动，1623 cm−1为O—H的弯曲伸缩振动，1417 cm−1为芳环C=C骨架振动，1024 cm−1为C—O伸缩振动，828 cm−1为芳环上C—H面外弯曲振动吸收，茶多酚中主要成分为儿茶素类化合物和黄酮类物质。
CSRGC的FTIR图谱中在3356 cm−1、2875 cm−1、1570 cm−1、1373 cm−1、1019 cm−1及897 cm−1处分别为纤维素的O—H伸缩振动、C—H伸缩振动、O—H的弯曲伸缩振动、C—H弯曲振动、C—O伸缩振动和C—O—C不对称伸缩振动等特征吸收峰。
1#、2#和3#复合膜红外光谱图中在3356 cm−1附近的O—H的伸缩振动峰向高波数移动，说明DE和TP组分的加入减弱了CSRGC原来形成的氢键。2875 cm−1、1572 cm−1、1373 cm−1及1021 cm−1附近的特征峰为C—H不对称伸缩振动、O—H的弯曲伸缩振动、C—H不对称弯曲振动和C—O对称伸缩振动等特征吸收峰。
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图 5 DE、TP、CSRGC和抗菌复合膜FTIR图谱Figure 5. FTIR spectra of DE, TP, CSRGC and antibacterial composite film2.4 利用XRD分析抗菌复合膜的结晶性能
图6为CSRGC和抗菌复合膜的XRD图谱。可以看出，CSRGC膜的XRD图谱中，在9.8º和19.3º出现了明显的纤维素Ⅱ晶型特征峰，是纤维素再生成膜过程中晶型发生了从Ⅰ晶型到Ⅱ晶型的转变。1#、2#、3#复合膜的XRD图谱在9.8º和19.3º出现了纤维素Ⅱ晶型特征峰，表明DE和TP的加入未影响纤维素再生成膜发生Ⅰ晶型到Ⅱ晶型的转变，但在9.8º处衍射峰强度明显减弱，推断是由于DE和TP的加入，DE和TP上的—OH基团与纤维素分子链上的—OH产生分子间氢键，使分子链的柔顺性变差，降低了CSRGC的结晶度。
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图 6 CSRGC和抗菌复合膜的XRD图谱Figure 6. XRD patterns of CSRGC and antibacterial composite film2.5 利用SEM观察抗菌复合膜的形貌
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图 7 CSRGC 0# (a) 和1# (b)、2# (c)、3# (d) 抗菌复合膜表面的SEM图像Figure 7. SEM images of surface of CSRGC 0# (a) and 1# (b), 2# (c), 3# (d) antibacterial composite film![]()
图 8 CSRGC 0# (a) 和1# (b)、2# (c)、3# (d) 抗菌复合膜的断面SEM图像Figure 8. SEM images of section of CSRGC 0# (a) and 1# (b), 2# (c), 3# (d) antibacterial composite film图7为CSRGC和抗菌复合膜的表面SEM图像。可以看出，CSRGC (0#)膜(图7(a))表面光滑，结构致密，30wt%DE (2#)抗菌复合膜(图7(c))和30wt%TP (3#)抗菌复合膜(图7(d))表面较光滑，复合膜表面有少量蒲公英提取物和茶多酚小分子颗粒，蒲公英提取物颗粒大于茶多酚颗粒，DE和TP分别均匀地分布于2#和3#薄膜表面，嵌入纤维素基体中，说明抗菌剂DE和TP与纤维素基膜成功复合，复合膜表面没有空洞和无序不规则现象。30wt%复合抗菌剂1#抗菌复合膜(图7(b))表面相对粗糙，无空洞和不规则现象出现，复合抗菌剂分布均匀，表面可见抗菌剂DE和TP颗粒，说明复合抗菌剂DE-TP与纤维素基膜成功复合。
图8为CSRGC和抗菌复合膜的断面SEM图像。可以看出，CSRGC (0#)膜(图8(a))内部分布均匀、平整细致，抗菌复合膜内部较粗糙，可见抗菌剂颗粒嵌入，推测抗菌剂的加入会降低复合膜的阻隔性。
2.6 利用TG分析抗菌复合膜的热稳定性
图9为CSRGC和抗菌复合膜的TG曲线。表2为CSRGC和抗菌复合膜在失重5wt%、10wt%、30wt%、50wt%时的温度。
表 2 CSRGC和抗菌复合膜的失重情况Table 2. Mass loss of CSRGC and antibacterial composite filmSample T5%/℃ T10%/℃ T30%/℃ T50%/℃ 0# 271.1 276.1 288.1 299.1 1# 235.5 277.5 310.3 326.0 2# 217.0 261.9 283.6 295.6 3# 66.5 244.8 275.2 289.9 Note: T5%, T10%, T30%, T50%—Corresponding temperature when mass loss rate is 5wt%, 10wt%, 30wt%, 50wt%. 如图9所示，1#、2#、3#抗菌复合膜有2个阶段出现明显的失重现象，第一阶段是在50~120℃之间，是由于CSRGC组分中吸附水和结合水的蒸发及复合膜中抗菌剂低分子组分挥发导致。其中3#复合膜失重较大，在66.5℃时失重5wt%，可能是抗菌剂中多酚类组分挥发导致。第二阶段是在250~350℃之间，是由于复合膜内部的CSRGC降解所导致的。其中3#复合膜的失重5wt%、10wt%、30wt%、50wt%时的温度分别为66.5℃、244.8℃、275.2℃和289.9℃(表2)，由于TP中多酚类组分挥发导致相比CSRGC 0#膜和1#、2#抗菌复合膜失重较大。30wt%复合抗菌剂1#抗菌复合膜失重5wt%、10wt%、30wt%、50wt%时的温度分别为235.5℃、277.5℃、310.3℃和326.0℃(表2)，在失重50wt%时的温度高于0#、2#、3#膜，可能是复合抗菌剂与纤维素由于组分间强烈的氢键作用抑制了CSRGC的热降解，从而使体系具有很好的热稳定性。
图10为CSRGC和抗菌复合膜的DTG曲线。可以看出，CSRGC和1#、2#、3#抗菌复合膜的最大失重速率温度为293.1℃、315.3℃、292.9℃和298.3℃，表明在热解过程主要为基膜的分解，1#抗菌复合膜热稳定性较好。
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图 10 CSRGC和抗菌复合膜DTG曲线Figure 10. DTG diagram of CSRGC and antibacterial composite film2.7 抗菌复合膜的力学性能分析
表3为CSRGC和抗菌复合膜的力学性能参数。可以看出，CSRGC基膜的拉伸强度(Tensile strength，TS)为(99.35±10.56) MPa，添加抗菌剂后，复合膜的拉伸强度和弹性模量(Elastic modulus，EM)呈下降趋势，断裂伸长率(Elongation at break，EAB)显著增加。1#、2#、3#抗菌复合膜的TS和EM分别为(52.60±6.33) MPa、(50.83±5.04) MPa、(42.21±4.82) MPa和(3.82±0.32) GPa、(4.49±0.94) GPa、(2.78±0.50) GPa，相对CSRGC基膜降低了47.06%、48.84%、57.51%和65.52%、59.48%、74.91%，断裂伸长率由(8.97±0.90)%提升到(13.81±1.76)%、(11.57±1.88)%、(15.51±2.43)%，分别提升了53.96%、28.99%、72.91%。DE和TP添加导致复合膜拉伸强度减小可能是由于DE和TP分子均匀分散在纤维素基体中，削弱了纤维素分子之间的相互作用，同时DE和TP的存在导致抗菌复合膜内部粗糙，致密程度下降，致使抗菌复合膜在拉伸测试过程中产生局部应力集中现象，从而降低了抗菌复合膜的拉伸强度。由于膜的刚度随着膜的强度变化而变化，因此抗菌复合膜的弹性模量与拉伸强度的趋势一致，抗菌复合膜的拉伸性能得到了一定的提高。1#抗菌复合膜依然保持良好的力学强度((52.60±6.33) MPa)，具有一定的延展性。
表 3 抗菌复合膜的力学性能Table 3. Mechanical properties of antibacterial composite filmSample TS/MPa EAB/% EM/GPa 0# 99.35±10.56a 8.97±0.90c 11.08±0.64a 1# 52.60±6.33b 13.81±1.76ab 3.82±0.32b 2# 50.83±5.04b 11.57±1.88bc 4.49±0.94b 3# 42.21±4.82b 15.51±2.43a 2.78±0.50c Notes: TS—Tensile strength; EAB—Elongation at break; EM—Elastic modulus; Different letters represent significant differences (P＜0.05); a, b, c, d—Significant differences between groups. 2.8 抗菌复合膜的光学性能分析
图11为CSRGC和抗菌复合膜的透光率和雾度图。可以看出，CSRGC膜的透光率和雾度分别为(96.90±2.66)%和(0.81±0.18)%，不同抗菌剂1#、2#、3#抗菌复合膜的透光率分别为(82.56±0.26)%、(86.48±0.24)%和(78.20±0.27)%，雾度分别为(20.18±0.96)%、(22.49±0.18)%和(18.37±1.23)%。随着抗菌剂的添加，抗菌复合膜的透光率下降，雾度增大，是由于抗菌剂的加入，纤维素基膜存在抗菌剂粒子影响导致。抗菌剂粒子增加了光线进入膜的内部后发生吸收、反射和折射现象，同时DE和TP本身具有颜色，对复合膜的光学性能产生影响。3#抗菌复合膜中由于分散在纤维素分子间的TP粒子较小，雾度较低，但也影响了复合膜的透光率，2#抗菌复合膜DE粒子较大，会增大复合膜的雾度，但透光率要优于加入TP的3#复合膜，1#复合抗菌剂的复合膜透光率和雾度介于2#和3#复合膜之间，透光率达到(82.56±0.26)%，同样具有较好的光学性能。
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图 11 CSRGC和抗菌复合膜的透光率和雾度Figure 11. Light transmittance and haze of CSRGC and antibacterial composite film2.9 抗菌复合膜的阻隔性能分析
表4为CSRGC和抗菌复合膜的氧气透过系数(Oxygen transmission coefficient，OTC)。分别对CSRGC和抗菌复合膜进行氧气透过率测试，CSRGC膜的氧气透过系数为(3.13±0.99)×10−12 cm3·cm/(cm2·s·Pa)，1#、2#、3#抗菌复合膜的氧气透过系数分别为(1.65±0.25)×10−11、(2.11±0.29)×10−11和(2.22±0.11)×10−11 cm3·cm/(cm2·s·Pa)，表明抗菌剂DE和TP的添加使复合膜的氧气透过系数升高，较CSRGC基膜的氧气阻隔性降低，是由于抗菌剂成分对复合膜结构的影响，导致纤维素分子链之间产生了更大的空间体积，同时出现微孔结构使复合膜的总体阻隔性能下降。1#复合膜由于抗菌剂更好溶解于基膜中，具有较低的氧气透过系数和较好的阻隔性能。
表 4 CSRGC和抗菌复合膜的阻隔性能Table 4. Barrier properties of CSRGC and antibacterial composite filmSample OTC/[cm3·cm·(cm2·s·Pa)-1] 0# (3.13±0.99)×10−12 d 1# (1.65±0.25)×10−11 b 2# (2.11±0.29)×10−11 a 3# (2.22±0.11)×10−11 a Notes: OTC—Oxygen transmission coefficient; Different letters represent significant differences (P＜0.05). 2.10 抗菌复合膜的抑菌性能分析
TP通过破坏菌体细胞膜结构，干扰菌体DNA的正常功能，阻碍菌体蛋白质的合成和表达等实现抑菌的作用[32]。DE对细菌的细胞膜有强烈的破坏作用，导致胞内物质渗出，使细菌死亡[33]。采用抑菌圈法对制得的抗菌复合膜进行革兰氏阴性菌大肠杆菌(E.coli)及革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(S.aureus)抑菌性能测试，结果见表5。可以看出，CSRGC膜不具备抑菌效果，抗菌复合膜由于添加了DE和TP具有一定的抑菌效果，1#、2#、3#抗菌复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为(15.22±0.15)、(11.32±0.12)、(14.11±0.15) mm和(15.86±0.25)、(14.29±0.25)、(11.16±0.11) mm。1#抗菌复合膜由于采用复合抗菌剂，两种抗菌剂联用能够分别发挥自身的抑菌作用且抗菌剂的溶解度更高、有效成分更多，具有更好的抑菌性能。
表 5 抗菌复合膜抑菌性能Table 5. Antibacterial properties of composite filmSample E. coli/mm S. aureus/mm 0# 0d 0d 1# 15.22±0.15a 15.86±0.25a 2# 11.32±0.12c 14.29±0.25b 3# 14.11±0.15b 11.16±0.11c Notes: E. coli—Escherichia coli; S. aureus—Staphylococcus aureus; Different letters represent significant differences (P＜0.05). 3. 结 论
(1) 利用酸碱法从玉米秸秆中提取纤维素，通过酸解反应制备玉米秸秆微晶纤维素，以秸秆微晶纤维素为原料，1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)为溶剂体系，蒲公英提取物(DE)和茶多酚(TP)为抗菌剂，通过共混法制备抗菌复合膜。FTIR、XRD、SEM结果表明，DE和TP和纤维素基膜较好地复合；TG结果表明，复合膜具有较好的热稳定性。
(2) 对抗菌复合膜的力学、光学、阻隔、抑菌性能进行评价。制得的抗菌复合膜具有良好的力学性能、光学性能、阻隔性能和抑菌性能，1#抗菌复合膜拉伸强度相对于2#、3#复合膜提升了3.48%和24.62%；透光率仍达到(82.56±0.26)%；氧气透过率下降了21.80%和25.68%；同时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有更好的抑制作用，对绿色抗菌包装材料制备及生物质秸秆材料高效利用具有很好的参考意义。
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图 1 玉米秸秆微晶纤维素(CSMCC) 0# (a) 和1# (b)、2# (c)、3# (d) 抗菌复合膜图
Figure 1. Pictures of microcrystalline cellulose prepared from corn straw (CSMCC) 0# (a) and 1# (b), 2# (c), 3# (d) antibacterial composite film
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图 2 抗菌复合膜制备工艺及评价
Figure 2. Preparation and evaluation of antibacterial composite film
CSC—Corn straw cellulose; DE—Dandelion extract; TP—Tea polyphenols; CSRGC—Corn stalk regenerated cellulose
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图 3 CSMCC和市购微晶纤维素(MCC)的FTIR图谱
Figure 3. FTIR spectra of CSMCC and commercial microcrystalline cellulose (MCC)
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图 5 DE、TP、CSRGC和抗菌复合膜FTIR图谱
Figure 5. FTIR spectra of DE, TP, CSRGC and antibacterial composite film
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图 6 CSRGC和抗菌复合膜的XRD图谱
Figure 6. XRD patterns of CSRGC and antibacterial composite film
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图 7 CSRGC 0# (a) 和1# (b)、2# (c)、3# (d) 抗菌复合膜表面的SEM图像
Figure 7. SEM images of surface of CSRGC 0# (a) and 1# (b), 2# (c), 3# (d) antibacterial composite film
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图 8 CSRGC 0# (a) 和1# (b)、2# (c)、3# (d) 抗菌复合膜的断面SEM图像
Figure 8. SEM images of section of CSRGC 0# (a) and 1# (b), 2# (c), 3# (d) antibacterial composite film
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图 10 CSRGC和抗菌复合膜DTG曲线
Figure 10. DTG diagram of CSRGC and antibacterial composite film
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图 11 CSRGC和抗菌复合膜的透光率和雾度
Figure 11. Light transmittance and haze of CSRGC and antibacterial composite film
表 1 抗菌复合膜组分
Table 1 Composition of antibacterial composite film
Sample DE content/
wt%TP content/
wt%Remarks 0# — — As blank group 1# 15 15 w(DE)∶w(TP)=1∶1 2# 30 — 3# — 30 Notes: DE—Dandelion extract; TP—Tea polyphenol; "—" means not added; The added amount of DE and TP is the percentage of the mass of DE and TP in the mass of CSMCC. 
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表 2 CSRGC和抗菌复合膜的失重情况
Table 2 Mass loss of CSRGC and antibacterial composite film
Sample T5%/℃ T10%/℃ T30%/℃ T50%/℃ 0# 271.1 276.1 288.1 299.1 1# 235.5 277.5 310.3 326.0 2# 217.0 261.9 283.6 295.6 3# 66.5 244.8 275.2 289.9 Note: T5%, T10%, T30%, T50%—Corresponding temperature when mass loss rate is 5wt%, 10wt%, 30wt%, 50wt%.
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表 3 抗菌复合膜的力学性能
Table 3 Mechanical properties of antibacterial composite film
Sample TS/MPa EAB/% EM/GPa 0# 99.35±10.56a 8.97±0.90c 11.08±0.64a 1# 52.60±6.33b 13.81±1.76ab 3.82±0.32b 2# 50.83±5.04b 11.57±1.88bc 4.49±0.94b 3# 42.21±4.82b 15.51±2.43a 2.78±0.50c Notes: TS—Tensile strength; EAB—Elongation at break; EM—Elastic modulus; Different letters represent significant differences (P＜0.05); a, b, c, d—Significant differences between groups.
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表 4 CSRGC和抗菌复合膜的阻隔性能
Table 4 Barrier properties of CSRGC and antibacterial composite film
Sample OTC/[cm3·cm·(cm2·s·Pa)-1] 0# (3.13±0.99)×10−12 d 1# (1.65±0.25)×10−11 b 2# (2.11±0.29)×10−11 a 3# (2.22±0.11)×10−11 a Notes: OTC—Oxygen transmission coefficient; Different letters represent significant differences (P＜0.05).
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表 5 抗菌复合膜抑菌性能
Table 5 Antibacterial properties of composite film
Sample E. coli/mm S. aureus/mm 0# 0d 0d 1# 15.22±0.15a 15.86±0.25a 2# 11.32±0.12c 14.29±0.25b 3# 14.11±0.15b 11.16±0.11c Notes: E. coli—Escherichia coli; S. aureus—Staphylococcus aureus; Different letters represent significant differences (P＜0.05).
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[1] ALMEIDA A P C, CANEJO J P, FERNANDES S N, et al. Cellulose-based biomimetics and their applications[J]. Advanced Materials,2018,30(19):1703655. DOI: 10.1002/adma.201703655
[2] AHMED J, GULTEKINOGLU M, EDIRISINGHE M. Bacterial cellulose micro-nano fibres for wound healing applications[J]. Biotechnology Advances,2020,41:107549. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2020.107549
[3] 曹延娟, 辛斌杰, 张杰, 等. 天然纤维素/聚丙烯腈抗菌纳米纤维的制备与表征[J]. 复合材料学报, 2015, 32(4):1042-1052. DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20141204.003 CAO Yanjuan, XIN Binjie, ZHANG Jie, et al. Preparation and characterization of natural cellulose/polyacrylonitrile antibacterial nanofibers[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2015,32(4):1042-1052(in Chinese). DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20141204.003
[4] 王小燕, 刘利, 曾秀, 等. 载Ag改性桑枝韧皮纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备及表征[J]. 复合材料学报, 2019, 36(11):2502-2508. DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190412.003 WANG Xiaoyan, LIU Li, ZENG Xiu, et al. Preparation and characterization of Ag-carried tetracycline-mulberry bast carboxymethyl cellulose/polyvinyl alcohol composite films[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2019,36(11):2502-2508(in Chinese). DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190412.003
[5] 王丽莉, 欧阳土龙, 戴兴兴, 等. 过氧化氢漂白富纤维素材料制备透明纤维素膜研究[J]. 森林工程, 2018, 34(1):41-45,59. DOI: 10.3969/j.issn.1006-8023.2018.01.010 WANG Lili, OUYANG Tulong, DAI Xingxing, et al. Preparation of transparent cellulose membrane by hydrogen peroxide bleaching of cellulose-rich materials[J]. Forest Engineering,2018,34(1):41-45,59(in Chinese). DOI: 10.3969/j.issn.1006-8023.2018.01.010
[6] SU Y Q, YANG B, LIU J G, et al. Prospects for replacement of some plastics in packaging with lignocellulose materials: A brief review[J]. Bioresources,2018,13(2):4550-4576.
[7] ZHANG W L, ZHANG Y Q, CAO J K, et al. Improving the performance of edible food packaging films by using nanocellulose as an additive[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2021,166:288-296. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.10.185
[8] ABDUL KHALIL H P S, TYE Y Y, SAURABH C K, et al. Biodegradable polymer films from seaweed polysaccharides: A review on cellulose as a reinforcement material[J]. Express Polymer Letters,2017,11(4):244-265. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2017.26
[9] WU Y H, LUO X G, LI W, et al. Green and biodegradable composite films with novel antimicrobial performance based on cellulose[J]. Food Chemistry,2016,197:250-256. DOI: 10.1016/j.foodchem.2015.10.127
[10] ZHAO G L, LYU X M, LEE J, et al. Biodegradable and transparent cellulose film prepared eco-friendly from durian rind for packaging application[J]. Food Packaging and Shelf Life,2019,21:100345. DOI: 10.1016/j.fpsl.2019.100345
[11] XU J Y, KRIETEMEYER E F, BODDU V M, et al. Production and characterization of cellulose nanofibril (CNF) from agricultural waste corn stover[J]. Carbohydrate Polymers,2018,192:202-207. DOI: 10.1016/j.carbpol.2018.03.017
[12] YANG K, ZHANG Y J. Reversal of heavy metal-induced antibiotic resistance by dandelion root extracts and taraxasterol[J]. Journal of Medical Microbiology,2020,69:1049-1061. DOI: 10.1099/jmm.0.001226
[13] NOWAK A, DUCHNIK W, ZIELONKA-BRZEZICKA J, et al. The antioxidant activity of ethanolic and aqueous extracts of dandelion (Taraxacum officinale L.)[J]. Pomeranian Journal of Life Sciences,2019,65(4):83-88.
[14] 马艳妮, 魏悦, 李智宁, 等. 蒲公英根活性组分体外抗菌及抗炎作用[J]. 食品与发酵工业, 2022, 48(1):98-103. DOI: 10.13995/j.cnki.11-1802/ts.027693 MA Yanni, WEI Yue, LI Zhining, et al. In vitro antibacterial and anti-inflammatory activity of active components from dandelion root[J]. Food and Fermentation Industries,2022,48(1):98-103(in Chinese). DOI: 10.13995/j.cnki.11-1802/ts.027693
[15] 吴颖, 刘晴, 唐文, 等. 丹参挥发油与蒲公英提取物复配物在化妆品中的应用[J]. 精细化工, 2022, 39(3):562-568. DOI: 10.13550/j.jxhg.20210806 WU Ying, LIU Qing, TANG Wen, et al. Application of complexes of Salvia miltiorrhiza volatile oil and dandelion extract in cosmetics[J]. Fine Chemicals,2022,39(3):562-568(in Chinese). DOI: 10.13550/j.jxhg.20210806
[16] 何惠利, 任雪娇, 张莉力. 蒲公英黄酮-壳聚糖复合膜的制备及对冷鲜鸡胸肉保鲜的研究[J]. 食品研究与开发, 2022, 43(7):112-118. DOI: 10.12161/j.issn.1005-6521.2022.07.016 HE Huili, REN Xuejiao, ZHANG Lili. Preparing dandelion flavonoids-chitosan composite membrane to preserve chilled chicken breast[J]. Food Research and Development,2022,43(7):112-118(in Chinese). DOI: 10.12161/j.issn.1005-6521.2022.07.016
[17] YAN Z M, ZHONG Y Z, DUAN Y H, et al. Antioxidant mechanism of tea polyphenols and its impact on health benefits[J]. Animal Nutrition,2020,6(2):115-123. DOI: 10.1016/j.aninu.2020.01.001
[18] ZHANG W L, JIANG H T, RHIM J W, et al. Tea polyphenols (TP): A promising natural additive for the manufacture of multifunctional active food packaging films[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2023,63(2):288-301.
[19] LUO J J, ZUO D Q, DENG Z H, et al. Effects of heat treatment and tea polyphenols on the structure and properties of polyvinyl alcohol nanofiber films for food packaging[J]. Coatings,2020,10(1):49. DOI: 10.3390/coatings10010049
[20] LIU Y W, WANG S Y, LAN W J, et al. Development of ultrasound treated polyvinyl alcohol/tea polyphenol composite films and their physicochemical properties[J]. Ultrasonics Sonochemistry,2019,51:386-394. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2018.07.043
[21] ZHANG W L, JIANG W B. Antioxidant and antibacterial chitosan film with tea polyphenols-mediated green synthesis silver nanoparticle via a novel one-pot method[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2020,155:1252-1261. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2019.11.093
[22] 蔡月, 王梦军, 年琳玉, 等. 茶多酚@沸石咪唑酯骨架材料/壳聚糖/海藻酸钠活性包装膜的制备及表征[J]. 食品科学, 2022, 43(17):272-281. DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20220217-123 CAI Yue, WANG Mengjun, NIAN Linyu, et al. Preparation and characterization of tea polyphenols@zeolitic imidazolate framework-8/chitosan/sodium alginate active packaging film[J]. Food Science,2022,43(17):272-281(in Chinese). DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20220217-123
[23] ZHANG D, CHEN L, CAI J, et al. Starch/tea polyphenols nanofibrous films for food packaging application: From facile construction to enhance mechanical, antioxidant and hydrophobic properties[J]. Food Chemistry,2021,360:129922. DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.129922
[24] GAO L P, ZHU T, HE F Y, et al. Preparation and characterization of functional films based on chitosan and corn starch incorporated tea polyphenols[J]. Coatings,2021,11(7):817. DOI: 10.3390/coatings11070817
[25] 梁杰, 蔡力锋, 刘涛, 等. 茶多酚对海藻酸钠/玉米淀粉复合膜的影响及保鲜应用[J]. 食品研究与开发, 2022, 43(1):7-16. DOI: 10.12161/j.issn.1005-6521.2022.01.002 LIANG Jie, CAI Lifeng, LIU Tao, et al. Effect of tea polyphenols on sodium alginate/corn starch composite film and its application in freshness preservation[J]. Food Research and Development,2022,43(1):7-16(in Chinese). DOI: 10.12161/j.issn.1005-6521.2022.01.002
[26] 顾晓华, 李燕, 刘思雯, 等. 茶多酚-聚乳酸/聚碳酸丁二醇酯抗菌复合纤维膜的制备及性能[J]. 复合材料学报, 2020, 37(6):1227-1233. DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190929.002 GU Xiaohua, LI Yan, LIU Siwen, et al. Preparation and properties of tea polyphenol-polylactic acid/polybutylene carbonate antibacterial composite fiber membrane[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2020,37(6):1227-1233(in Chinese). DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190929.002
[27] 王博, 巩涵, 畅鹏, 等. 细菌纤维素-茶多酚复合膜的特性及结构[J]. 食品科学, 2018, 39(17):229-235. DOI: 10.7506/spkx1002-6630-201817037 WANG Bo, GONG Han, CHANG Peng, et al. Properties and structure of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film[J]. Food Science,2018,39(17):229-235(in Chinese). DOI: 10.7506/spkx1002-6630-201817037
[28] CHEN F, CHI C D. Development of pullulan/carboxylated cellulose nanocrystal/tea polyphenol bionanocomposite films for active food packaging[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2021,186:405-413. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2021.07.025
[29] 中国国家标准化管理委员会. 塑料 拉伸性能的测定 第3部分: 薄膜和薄片的实验条件: GB/T 1040.3—2006[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006. Standardization Administration of the People’s Republic of China. Plastics—Determination of tensile properties—Part 3: Test conditions for films and sheets: GB/T 1040.3—2006[S]. Beijing: China Standards Press, 2006(in Chinese).
[30] 中国国家标准化管理委员会. 透明塑料透光率和雾度的测定: GB/T 2410—2008[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008. Standardization Administration of the People’s Republic of China. Determination of the luminous transmittance and haze of transparent plastics: GB/T 2410—2008[S]. Beijing: China Standards Press, 2008(in Chinese).
[31] 中国国家标准化管理委员会. 塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法 压差法: GB/T 1038—2000[S]. 北京: 中国标准出版社, 2000. Standardization Administration of the People’s Republic of China. Plastics—Film and sheeting—Determination of gas transmission—Differential-pressure method: GB/T 1038—2000[S]. Beijing: China Standards Press, 2000(in Chinese).
[32] 蓝蔚青, 杜金涛, 梅俊, 等. 茶多酚抑菌机制及在水产品保鲜中的应用进展[J]. 包装工程, 2021, 42(5):73-79. LAN Weiqing, DU Jintao, MEI Jun, et al. Research progress on antibacterial mechanism of tea polyphenol and its application in preservation of aquatic products[J]. Packaging Engineering,2021,42(5):73-79(in Chinese).
[33] 张强, 胡维岗, 金新文. 壳聚糖-蒲公英提取物的抑菌活性与稳定性研究[J]. 食品工业科技, 2015, 36(20):150-154. DOI: 10.13386/j.issn1002-0306.2015.20.023 ZHANG Qiang, HU Weigang, JIN Xinwen. Study on antibacterial activity and stability of chitosan and dandelion extract[J]. Science and Technology of Food Industry,2015,36(20):150-154(in Chinese). DOI: 10.13386/j.issn1002-0306.2015.20.023
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期刊类型引用(3)
1. 郎伍营，曾培培，王晨曦，蒲桥，李江涛. 蒲公英多酚的提取及在草莓保鲜中的应用. 陕西农业科学. 2025(02): 30-34 . 
百度学术
2. 蒋雨心，范方宇，杨晓玲，孙悦溪. 葡萄籽提取物/茶多酚对海藻酸钠纳米复合膜性能的影响. 食品与发酵工业. 2024(13): 108-115 . 百度学术
3. 李由，韩文佳，吴芹，杨硕，杨德远，丁其军，张英. 生物基高阻氧复合材料研究进展. 复合材料学报. 2024(12): 6386-6398 . 本站查看
其他类型引用(3)
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目的
纤维素是世界上最丰富的天然有机物质，以纤维素为原料制备的绿色环保抗菌材料，具有良好的力学性能、生物相容性、可降解性、热稳定性和抗菌性能。农业废弃物秸秆也是纤维素的来源之一，玉米秸秆的高附加值利用不仅能减轻因焚烧和丢弃带来的污染和资源浪费，还对探索秸秆的工业化利用和农业可持续发展具有深远的意义。以玉米秸秆微晶纤维素为原料制备环境友好型抗菌复合膜对控制食品腐败变质和生物资源高效利用具有重要意义。
方法利用酸碱法从玉米秸秆中提取纤维素，将玉米秸秆，去叶、切段、清洗、蒸煮、烘干粉碎过筛得玉米秸秆粉末。玉米秸秆粉末经氢氧化钠、亚氯酸钠、醋酸处理后干燥粉碎得到玉米秸秆纤维素(CSC)。CSC硫酸酸解后干燥过筛得玉米秸秆微晶纤维素(CSMCC)。将蒲公英粉碎过筛后与40%乙醇水溶液混合，超声、加热提取滤液，干燥粉碎制得蒲公英提取物(DE)。以CSMCC为原料，1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)为溶剂体系，DE和茶多酚(TP)为抗菌剂，通过共混法制备抗菌复合膜。通过FTIR、XRD、SEM和热重分析对复合膜的形貌和结构进行表征及对力学、光学、阻隔、抑菌等性能测试分析。
结果①玉米秸秆微晶纤维素和市购微晶纤维素(MCC)红外光谱的特征波峰基本上一致。XRD图谱在14.8、22.5和34.5处出现了明显的纤维素Ⅰ晶型特征峰，分别对应为(101)、(002)和(040)晶面，CSMCC结晶度为86.06%，MCC的结晶度为88.87%，通过FTIR表征和XRD分析说明成功制备CSMCC。②FTIR结果表明抗菌复合膜由于DE和TP组分的加入减弱了再生纤维素基膜原来形成的氢键。XRD结果表明纤维素再生成膜过程中晶型发生了从Ⅰ晶型到Ⅱ晶型的转变，DE和TP的加入未影响纤维素再生成膜时晶型转变。SEM结果表明DE和TP与纤维素基膜较好地复合，抗菌剂分布均匀。TG结果表明，抗菌复合膜的最大失重速率温度分别为315.3、292.9和298.3 ℃，复合膜具有较好的热稳定性。③对抗菌复合膜的力学、光学、阻隔、抑菌性能进行评价。复配抗菌剂DE-TP抗菌复合膜相比于DE、TP抗菌复合膜具有较优的拉伸强度(52.60±6.33 MPa)、氧气阻隔性能〔氧气透过系数为1.65±0.25×10 cm·cm/(cm·s·Pa)〕，且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有更好的抑制作用。同时DE/TP抗菌复合膜断裂伸长率相比于纤维素基膜提升了53.96%，透光率保持在82.56±0.26%，具有良好的力学性能和光学性能。
结论利用酸碱法从玉米秸秆中提取纤维素，通过酸解反应制备玉米秸秆微晶纤维素，以秸秆微晶纤维素为原料，[Bmim]Cl为溶剂体系，DE和TP为抗菌剂，通过共混法制备抗菌复合膜。DE和TP与纤维素基膜较好地复合，制得的抗菌复合膜具有良好的热稳定性、力学性能、光学性能、阻隔性能和抑菌性能，对绿色抗菌包装材料制备及生物质秸秆材料高效利用具有很好的参考意义。
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纤维素是世界上最丰富的天然有机物质，以纤维素为原料制备的绿色环保抗菌材料，具有良好的力学性能、生物相容性、可降解性、热稳定性和抗菌性能。农业废弃物秸秆也是纤维素的来源之一，玉米秸秆的高附加值利用不仅能减轻因焚烧和丢弃带来的污染和资源浪费，还对探索秸秆的工业化利用和农业可持续发展具有深远的意义。
本文以玉米秸秆制备的微晶纤维素(CSMCC)为原料，1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)为溶剂体系，蒲公英提取物(DE)和茶多酚(TP)为抗菌剂，通过共混法制备抗菌复合膜。通过FTIR、XRD、SEM和热重分析对复合膜的形貌和结构进行表征及对力学、光学、阻隔、抑菌等性能测试分析。结果表明，DE和TP与纤维素基膜较好地复合，复配抗菌剂DE-TP抗菌复合膜相比于DE、TP抗菌复合膜具有较优的拉伸强度(52.60±6.33 MPa)、氧气阻隔性能〔氧气透过系数为1.65±0.25×10-11 cm3·cm/(cm2·s·Pa)〕，且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有更好的抑制作用。同时DE/TP抗菌复合膜断裂伸长率相比于纤维素基膜提升了53.96%，透光率保持在82.56±0.26%，具有良好的力学性能和光学性能，为制备对控制食品腐败变质和生物资源高效利用具有重要意义的环境友好型抗菌复合膜的研发提供新思路。
CSRGC 0#(a)和1#(b)、2#(c)、3#(d)抗菌复合膜表面和断面SEM图
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