木质素在食品包装、抗菌和农业应用中的机遇和挑战
木质素在食品包装、抗菌和农业应用中的机遇和挑战
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图文解读
Fig. 1. Representation of cellulose, hemicellulose, lignin, and lignin structural units.
Fig. 2. (A) Biodegradable polymers utilized in food packaging. (B) Properties that lignin incorporation can affect, when incorporated in a biodegradable polymer film.
Fig. 3. Antimicrobial activity of lignin.
Fig. 4. Methods to prepare lignin-based slow-release fertilizers: (A) chemical modification, (B) coating, and (C) chelation.
木质素基缓/控释肥料可以通过多种方法制备，其中木质素可以（i）通过化学反应改性并直接构成养分，（ii）作为活性成分的涂层，以及（iii）作为螯合剂应用于微量元素释放。这三种策略如图4所示。大多数以木质素为基础的缓释肥料是通过将营养物质与木质素的活性基团进行化学结合而制备的。特别是，含氮基团主要通过氨氧化和曼尼希反应连接到木质素上，如图4A所示。由于其芳香结构和疏水性，在木质素涂层内加入化肥可以减少环境和地下水的浸出（见图4B）。植物生长所需的元素总共有14种，分为主要元素（N、P、K、Ca、Mg和S）和微量元素（Cl、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Ni和Mo）。由于木质素结构中有许多羟基和羰基，这种聚合物可以用来螯合一些离子，以制备微量元素肥料（见图4C）。与金属离子建立螯合键的能力既取决于木质素的类型，也取决于金属。
总结
木质素有可能被用于一系列的应用，但在食品包装、抗菌和农业应用方面仍具有挑战性。 总的来说，主要的复杂问题是木质素的结构和成分的异质性，这取决于植物来源和提取过程，需要对起始试剂和产品进行详细的特征分析。木质素类型的广泛多样性的一个后果是，在使用这种生物聚合物的大多数应用中，应该建立一个明确的结构-活性依赖关系。
在食品包装应用中，木质素可以作为一种绿色添加剂，不仅可以改善聚合物薄膜的机械和气体阻隔性能，还可以提供抗氧化和抗紫外线的活性。 将木质素纳入聚合物薄膜的主要挑战是它与周围基体的兼容性。关于木质素作为抗菌剂的使用，木质素与细菌、真菌和病毒之间的精确互动机制目前仍不清楚，还在辩论当中。木质素在分子量、杂质和活性基团含量方面的异质性为医学和生物学的许多应用打开了大门，但也使评估其对人体的活性和安全性变得复杂。最后讨论了木质素在农业方面的应用，特别是作为肥料的应用。目前，肥料的使用效率非常低。木质素是制备控释肥料的一种有前途的起始材料，但要想大规模使用，还需要克服一些缺点。
总的来说，该综述强调了木质素的潜力，一种未被充分利用的天然资源，不仅在食品包装、抗菌和农业应用方面有很大的前景，而且在其他一系列需要可持续材料解决方案的技术挑战方面也有很大的前景。
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.biomac.2c01385