山西师范大学食品科学团队开发新型抗菌抗氧化复合涂层延长鲜切青椒保鲜期
作者及发表信息
该研究由山西师范大学食品科学学院的Linna Wang、Hesheng Wang、Limin Guo等共同完成，通讯作者为Youwei Yu和Shaoying Zhang。研究成果于2025年8月发表在《Food Packaging and Shelf Life》（卷51，文章编号101592），标题为《抗氧化和抗菌活性的壳聚糖/普鲁兰多糖缓释涂层负载香芹酚微胶囊及其在鲜切青椒保鲜中的应用》。
学术背景与研究目的
随着城市化进程加速，鲜切果蔬需求激增，但切割过程导致微生物污染、氧化褐变和水分流失，将保鲜期缩短至不足一周。青椒作为茄科作物的重要成员，富含维生素、酚类化合物及具有抗炎、抗氧化活性的营养成分，但其鲜切后生物活性成分易快速降解。传统石油基包装材料难以降解，而单一生物聚合物（如蛋白质、多糖或脂质）制备的可食性涂层难以同时具备抗菌、护色和营养保留功能。因此，开发一种兼具生物可降解性、抗菌活性和抗氧化功能的复合涂层材料具有重要意义。
本研究以β-环糊精（β-CD）包封香芹酚（Carvacrol, CA）形成微胶囊（CMP），并将其与壳聚糖（CTS）/普鲁兰多糖（PUL）复合基质结合，构建具有缓释特性的CP-CMP可食性涂层。研究旨在解决以下问题：
1. CA的疏水性和易挥发性限制了其在食品包装中的应用；
2. 单一多糖涂层机械性能或抗菌活性不足；
3. 鲜切果蔬的微生物控制与营养保留需协同优化。
研究方法与流程
1. 微胶囊（CMP）的制备与表征
- 制备流程：将β-CD溶于70℃蒸馏水至饱和，降温至40℃后滴加CA乙醇溶液，搅拌2小时后冷藏24小时，经乙醇洗涤和真空干燥获得白色CMP粉末。
- 表征实验：
- 包封率（EE）测定：通过超声破碎微胶囊后离心，紫外分光光度法（275 nm）测定CA含量，EE达72.64%。
- 释放性能：在25℃水中振荡12天，第8天释放率达50%，显示缓释特性。
- 粒径与稳定性：激光粒度仪显示CMP平均粒径为139.7 nm（β-CD为189.4 nm），多分散指数（PDI）0.258，Zeta电位-16.3 mV，表明均匀性和稳定性良好。
2. 复合薄膜（CP-CMP）的制备与性能测试
- 成膜工艺：将CTS、PUL溶于1%醋酸溶液，加入甘油增塑，掺入1% CMP后浇铸成膜，45℃干燥24小时。
- 结构表征：
- 扫描电镜（SEM）：CMP均匀分布于薄膜中，表面粗糙度增加但截面致密。
- 傅里叶红外光谱（FT-IR）：CA与β-CD通过氢键结合，CMP与多糖基质的羟基形成氢键，无新化学键生成。
- 热重分析（TGA）：CMP的加入使薄膜分解温度从203℃升至351℃，热稳定性显著提升。
3. 功能性能评估
- 机械性能：CMP的掺入降低薄膜拉伸强度（从64.62 MPa至22.19 MPa），但水蒸气透过率（WVP）减少1.75×10⁻⁷ g·m⁻¹·s⁻¹·Pa⁻¹，阻湿性增强。
- 抗氧化活性：DPPH和ABTS自由基清除率分别达80.49%和89.40%，接近游离CA的活性。
- 抗菌实验：CP-CMP对金黄色葡萄球菌（32.42 mm抑菌圈）和大肠杆菌（18.80 mm）的抑制效果显著，优于单一多糖涂层。
4. 鲜切青椒保鲜应用
- 处理方法：青椒切片后分别浸渍去离子水（对照组）、CA水溶液、CP涂层和CP-CMP涂层，8℃保存12天。
- 评价指标：
- 外观与色差：CP-CMP组在第12天仍保持绿色（a*值-8.21），对照组显著黄变。
- 营养保留：VC含量损失率降低50%，叶绿素降解延缓23%。
- 硬度与失重：CP-CMP组硬度保持366.15 g，失重率（16.18%）显著低于对照组（24.15%）。
研究结果与结论
1. 微胶囊技术优化：CA通过氢键嵌入β-CD空腔，解决其挥发性和氧化不稳定性，包封率与缓释性能满足食品包装需求。
2. 复合涂层协同效应：CTS/PUL提升薄膜水溶性和机械强度，CMP赋予持久抗菌抗氧化功能，二者通过氢键结合形成稳定结构。
3. 保鲜效果：CP-CMP将青椒保鲜期从8天延长至12天，通过破坏微生物膜结构和抑制氧化反应双重机制实现。
科学价值与应用前景
- 环保意义：CP-CMP可替代传统石油基包装，减少“白色污染”。
- 技术创新：首次将CA微胶囊与CTS/PUL复合，开发高屏障、缓释型活性包装材料。
- 产业潜力：微胶囊技术可拓展其他精油在食品保鲜中的应用，如开发温敏型智能释放材料。
研究亮点
1. 多尺度表征：结合SEM、FT-IR、XRD和TGA揭示CMP与基质的相互作用机制。
2. 功能协同：抗氧化与抗菌性能的平衡设计，克服单一涂层的局限性。
3. 实际验证：通过鲜切青椒模型系统评估涂层商业化潜力，数据支持其在冷链物流中的应用可行性。
局限性：CMP白色粉末可能影响食品外观，且复合薄膜机械强度需进一步优化。未来研究可探索透明微胶囊或纳米纤维增强策略。