涂料配方对涂布纸物理性能的影响

研究者首先测定了涂布溶液应用后纸张的性能。展示了压光步骤前和压光步骤后的干重、50%相对湿度（relative humidity, RH）下的重量、厚度和渗透性。

1.     干燥状态下，生物聚合物涂层纸与基础纸的重量差异显著。

2.     高固体含量的生物聚合物涂层纸在干燥状态下重量高，但在50%RH下不一定如此。

3.     固体含量的差异对重量的影响在不同样品中有所不同。

4.     所有样品的最大重量均未达到10 g/m²的限制。

总的来说，生物聚合物涂层的添加显著影响了纸张的重量并且对纸张吸收环境湿度的能力有影响，但所有样品的重量均未超过规定的最大限制。此外，生物聚合物涂层的应用还降低了纸张的渗透性，涂层和压光步骤降低了纸张的初始粗糙度和不平整度。

涂料的颜色特性

在纸张上施加涂层还可能影响其光学性能，进而可能影响包装的吸引力。研究者对L*、α*和b*值等受薄膜类型影响的颜色参数进行分析。对每个参数的样品间差异进行了比较。

当ΔE*=0时，两个样品在颜色上完全相同。当ΔE*小于2时，样品被认为非常相似。当ΔE在2到5之间时，存在可察觉的颜色差异，但肉眼难以分辨，需要特定的照明条件才能观察到差异。最后，当ΔE*大于5时，颜色差异明显可见。涂层C3、C7、C9、C10、C12、C13、C16和C17的ΔE值大于2，这对应于在非常特定条件下可察觉的阈值（表8）。只有C3和C16与其他涂层相比显示出统计学上的显著差异。

因此，涂层对颜色外观的影响微乎其微。压光阶段以不同的方式改变了纸张的物理性能：厚度减小，而光泽度和柔软度增加。压光对涂层纸张的光学性能没有影响。

生物活性纸的抗菌活性

为了研究储存条件对噬菌体感染性的影响，研究者对生物活性纸进行了基于裂解区的抗菌测试。在17个涂层纸样品中，选择了吸水能力最高（C3、C5、C7、C12、C14和C16）的样品，在不同储存条件下进行噬菌体稳定性测试。涂布在纸张上的噬菌体溶液浓度为^{4 × 108 PFU/mL}，因此，纸张上的噬菌体浓度估计为^{5 × 105 PFU/cm2}。所有生物活性纸样品均在层流条件下干燥一小时。

在23℃下储存的前48小时内，生物活性纸上未观察到裂解区，表明噬菌体已失活。因此，未在此温度条件下进行的测试中对纸张的生物活性进行分析。在4℃的储存条件下，对于所有测试的湿度条件（42%、75%和96%），涂有噬菌体的纸张C0在一天后均未显示裂解区。然而，其余在4℃下储存的生物活性纸的噬菌体感染性得以保持。在4℃和75%相对湿度下储存7天后，涂层C5、C12和C16保留了其抗菌活性，与第0天相比仅损失了一个对数级。在4℃和75%相对湿度下储存14天后，C12和C16涂层仍具有抗菌活性。C16，第14天的噬菌体滴度与第7天相似，C5滴度则降低了一个数量级。相比之下，在42%和96%相对湿度下储存时，噬菌体活性仅持续3天。基于纸张上保留的噬菌体浓度，CMC2-CS2-Gly5（C16）组合实现了最高的抗菌活性。该涂层配方优于其他研究的涂层纸，在所有相对湿度下至少保持噬菌体生物活性3天，甚至在75%相对湿度下长达14天。

去除围绕噬菌体的水分层会改变静电作用力，导致蛋白质结构的三维失序。水分对于稳定蛋白质结构至关重要。在本研究中，干燥步骤平均导致纸张表面噬菌体浓度降低2个数量级。这与Lone等人在2016年的观察结果一致。涂层成分的性质影响了噬菌体活性和噬菌体在不同储存条件下的保留。在本研究中，甘油作为增塑剂增强了涂层的润湿性；羧甲基纤维素（carboxylmethylcellulose, CMC）因其（cationic starch, CS）羧甲基基团与羟基基团结合而具有高度亲水性，是主要的水分吸收剂；阳离子淀粉可能与噬菌体通过弱键相互作用。这些成分的组合显著提高了涂覆纸上噬菌体的稳定性。在75%相对湿度下储存比在45%和96%相对湿度下储存获得了更好的结果。在96%相对湿度下，纸张表面出现水分凝结，形成的水层促进了噬菌体的重新悬浮，导致噬菌体从表面被洗涤掉。综上所述，基于CMC和CS的精细轻质涂层可以保持噬菌体的抗菌活性，而储存条件和涂层成分对噬菌体稳定性具有重要影响。

结论

这项研究探索了噬菌体在阳离子淀粉和羧甲基纤维素涂覆纸上的固定化。通过改性纸张表面，创建了一种优化的载体，提高了噬菌体的长期稳定性，从而保持了其效率。使用由2%阳离子淀粉、2%羧甲基纤维素和5%甘油组成的溶液涂覆的克鲁格纸，在4℃和75%相对湿度的条件下，噬菌体活性成功维持了14天。该配方的水化能力为噬菌体在固体载体上的保存创造了有利环境。尽管取得了这些成果，但仍需进一步的研究来提高噬菌体的干燥速度，同时避免超过导致噬菌体结构蛋白完全变性的临界阈值。噬菌体的干燥似乎是其在脱水状态下稳定性的关键因素。通过优化干燥条件和涂层表面组合，可以开发出具有抗菌性能的包装材料，同时满足造纸业的生产要求。

参考文献：

1.  Fort C, Bareha Y, Pham TTH, Lai TT, Brouillette F, Njamen G, Tolnai B, Moineau S, Barnabé S. Lifespan and bioactivity improvement of bacteriophages immobilized on carboxymethylcellulose - Cationic starch-coated paper for food packaging. Int J Biol Macromol. 2024 Dec 27:139138. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2024.139138. Epub ahead of print. PMID: 39733891.