食品标签和包装在食品技术领域被视为一个重要领域，因为它涉及到食品保护、安全、信息传递和市场营销。由于聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚丙烯（PP）等石化基塑料具有良好的机械性能和阻隔性能，它们被广泛用于食品包装，并因其耐用性、便利性和高效性而受到青睐。然而，这些传统聚合物的生产导致了化石燃料和森林资源的过度消耗，如果继续使用，可能会很快导致资源枯竭。因此，这些石化基聚合物由于其不可生物降解性和无法从可再生资源中有效回收的特性，给环境带来了问题[1]。鉴于这些限制，当前的研究重点在于开发来自可再生资源的包装材料，而生物聚合物作为一种有前景的替代品应运而生。
可生物降解聚合物作为合成塑料的潜在替代品，长期以来一直是研究的热点。在可生物降解聚合物中，基于纤维素的薄膜因其无毒、重量轻和良好的化学耐受性而在食品包装应用中表现出优异的性能[2]。纤维素是一种丰富的生物质资源，但其传统制造过程会产生大量的含硫废气（如CS₂、SO₂和H₂S）[3]。由于传统制造方法对环境构成威胁，因此采用最少处理的生物基方法来生产纤维素和开发可生物降解薄膜是一个可行的选择。生物废弃物是生产纤维素的可持续且环保的解决方案，而香蕉皮就是一种丰富的、经济可行的纤维素来源[4]。香蕉在热带地区广泛种植，是全球产量第二大的水果。2022年全球香蕉产量约为1.35亿吨（FAO, 2022年数据）。香蕉皮约占水果总重量的30-40%，因此每年全球会产生约4000-5400万吨未经处理的香蕉皮废弃物[5]。香蕉皮主要由碳水化合物（60–70%（重量百分比）组成，还有水分（20%）、蛋白质（2–3%）、纤维（4–5%）和脂质（4–5%）[6]。干燥后的香蕉皮聚合物成分包括10–21%的果胶、7.6–9.6%的纤维素、6.4–9.4%的半纤维素、6–12%的木质素，以及少量的低分子量化合物[7]。因此，香蕉皮在提取生物活性化合物和果胶、开发可食用薄膜和涂层等方面具有巨大潜力。
尽管生物聚合物具有诸多优势，但由于其机械强度和阻隔性能不足，在食品包装中的商业应用仍然有限。此外，这些聚合物容易受到碰伤或微小裂纹的影响，从而影响材料的完整性。溶剂和氧化作用也会导致材料缺陷。因此，自修复技术具有重要的研究价值，因为它能使材料在受损后自我修复。自修复机制可分为外在机制和内在机制：外在机制依赖于封装在聚合物基质中的修复剂，在受损部位释放以促进修复；然而，这种方法在修复周期次数和可有效恢复的损伤范围方面存在局限性[8]。最近的研究集中在内在自修复上，即利用材料本身的内在性质进行修复，无需额外添加修复剂[9]。内在自修复具有高可靠性和多次修复循环中的可逆键合特性，为未来自修复材料的设计提供了有希望的策略[10]。虽然已有大量关于具有内在自修复特性的合成聚合物的研究，但对于可生物降解聚合物的相关研究却非常有限。
基于纤维素的自修复结构具有可再生性、可持续性、生物相容性和可生物降解性等优点。然而，由于其不稳定的膨胀特性、机械强度不足以及需要改进的生物相容性，其广泛应用受到限制[11]。因此，为了优化基于纤维素的自修复材料的性能，可以采取多种处理方法来提升其机械性能和自修复能力。氨基水解是一种无需特殊设备的反应机制，其中伯胺与酯类发生反应[7]。通过改变反应条件和使用的胺种类，可以调节胺基的密度（Jeznach等人，2019年）。羟基、羧基和胺基等亲水基团通过吸附、共价结合或静电相互作用改变材料表面性质[12]。本研究中还采用了一种通过非共价相互作用引入金属离子的方法来增强自修复效率，这种方法在生物系统中很常见[13]。受先前研究中利用金属离子诱导物理复合材料特定机械性能的启发，本研究将Zn²⁺离子引入纤维素基质，并评估了其对自修复性能和机械性能的影响。
虽然已有大量关于具有内在自修复特性的合成聚合物的研究，但对于可生物降解聚合物的相关研究却非常有限。此外，生物聚合物的机械性能较低，引入自修复特性可能会因动态相互作用弱和高粘弹性而显著降低这些性能[14]。鉴于这些挑战，本研究重点开发基于香蕉皮和蜂蜡的自修复薄膜，并加入胺基和Zn²⁺离子以增强自修复功能。除了表面改性外，还分析了薄膜的印刷性能，使其能够应用于食品包装和标签领域。这项工作还有巨大的潜力进一步改进和扩展其应用范围。
