将天然花粉稳定的皮克林乳液加入基于羧甲基纤维素的活性包装薄膜中，用于草莓的保鲜

《Food Chemistry》：Natural pollen stabilized Pickering emulsions incorporated in carboxymethyl cellulose-based active packaging films for strawberry preservation

新型茶花粉Pickering乳液稳定活性包装膜研究：采用茶花粉（PO）作为固体稳定剂构建稳定乳液，负载羧酸肉桂酸（CA）形成CMC基复合薄膜，有效延长草莓保质期4天，实现长效抗菌与控释功能。

　　

高干|王一琳|杜健|陶业汉|胡金文|卢杰|傅成龙|夏晓东|曹继娟|王海松

中国大连理工大学轻工与化学工程学院，木质纤维素化学与生物材料辽宁省重点实验室，木质纤维素生物精炼协同创新中心，大连116034

摘要

皮克林乳液（PE）因其独特的固液界面锚定行为而被广泛认为是活性包装薄膜中疏水性抗菌剂的理想载体。然而，乳液壳层的不稳定性常常导致这些抗菌剂的不受控制的突然释放，从而显著降低了其保鲜性能。本文提出了一种新型的稳定茶花粉（PO）稳定的皮克林乳液作为活性填充物，用于制备基于羧甲基纤维素（CMC）的活性包装薄膜，其中肉桂酸（CA）被封装在PO稳定的乳液中作为抗菌剂。得益于花粉独特的、机械强度高的外壁结构，PO在乳化过程中保持其结构完整性，从而生成了一种高度稳定的、天然来源的PO稳定型PE。优化后的乳液即使在长期储存14天后仍保持均匀的质地。在实际应用中，CMC-10%的薄膜可以将草莓的保质期延长4天。本研究提出了一种开发具有缓释功能的活性食品包装薄膜的创新策略。

引言

采后水果极易变质，这推动了对有效保鲜技术的强烈需求（Yeak, Garre, Membré, Zwietering, & den Besten, 2024）。为了减少采后损失，研究人员开发了多种保鲜技术，包括冷藏（Rosenbloom, Wang, & Zhao, 2020）、化学处理（Sun, Lv, Zhang, Zang, & Zhao, 2025）、调节内部气体成分的改良气氛包装（通常通过降低O?和增加CO?水平来减缓产品呼吸作用（Cui, Hossain, Wang, & Chang, 2023），以及抗菌活性包装（Cai, Duan, Yu, Song, & Lu, 2025）。其中，抗菌活性包装因其操作简便和成本效益较高而受到广泛关注。

羧甲基纤维素（CMC）是一种水溶性纤维素衍生物，由于其出色的成膜能力和固有的生物降解性，已成为活性包装研究的关键基质（Zhu et al., 2021）。然而，纯CMC薄膜的亲水性和有限的抗菌活性使得需要加入功能性填充物来提升其性能（Karmakar et al., 2024）。特别是基于固体颗粒稳定的皮克林乳液（PE）技术为基于CMC的活性包装系统提供了创新解决方案。PE具有界面稳定性高、抗菌成分释放可控以及优异的生物相容性等优点（Fan et al., 2023）。这种机制使包装材料具有持久的抗菌性能（Fan et al., 2024）。目前的研究大多使用二氧化硅（Xie, Zhao, Zhang, & Wang, 2022）、纤维素纳米晶体（CNCs）（Peng & Wu, 2022）和淀粉颗粒（Bist, Kumar, & Saxena, 2022）等通用固体颗粒作为界面稳定剂。然而，这些传统稳定剂形成的界面颗粒在机械剪切作用下容易破坏，导致封装的抗菌剂突然释放（Yongmin Zhang, Ren, Guo, Liu, & Fang, 2018）。

值得注意的是，天然花粉颗粒由于其独特的结构特性而表现出出色的皮克林乳液稳定能力（Jiang et al., 2024）。在各种花粉中，茶花粉（来自Camellia sinensis）颗粒具有优异的单分散性和均匀的粒径分布，并且可作为食品级材料商业购买，这大大提高了其在食品相关应用中的实用性。其结构包括一个机械强度高的外壁（主要由木质素和脂质组成）和一个富含蛋白质的核心，其中包含生殖细胞和细胞器。外壁的坚固性使其在高速剪切乳化过程中保持结构完整性，能够在油水界面实现不可逆吸附，并形成紧密堆积的界面层，从而形成油包水的稳定乳液（Mu et al., 2024）。这些独特的物理特性使得乳液系统中的液滴尺寸分布高度均匀，为活性成分的控制释放提供了理想的载体。在成功构建PO稳定乳液系统的基础上，筛选活性成分也是一个需要解决的核心问题。肉桂酸（CA）是迷迭香精油的主要活性成分，不仅含有丰富的酚羟基和二萜醌，还具有强大的抗氧化和抗菌性能。然而，其固有的疏水性和挥发性显著限制了其在食品包装中的应用（Xia et al., 2023）。理论上，天然PO颗粒凭借其固有的单分散性和高机械强度，能够在高剪切条件下保持结构完整性，从而实现高效的CA封装，形成均匀分布的PE。此外，在薄膜形成过程中，CMC链通过氢键作用与PO颗粒形成密集的交联网络，同时填充花粉颗粒之间的间隙，最终构建出具有稳定三维结构的复合薄膜（Yiyi Zhang, Tian, Deng, Cao, & Xiao, 2025）。据我们所知，目前尚无研究记录利用天然PO颗粒稳定的PE来制备具有长期稳定性的基于CMC的活性食品包装薄膜的策略。

本研究采用PO颗粒作为皮克林乳液稳定剂，CA作为生物活性成分，开发了一种新型的活性食品包装系统。通过系统优化关键配方参数（包括油水比和稳定剂浓度），将设计的稳定乳液加入CMC溶液中制备活性复合薄膜。研究了PE对机械性能、光学透明度、疏水性、气体阻隔性能、抗菌效果和抗氧化活性的影响。此外，还进行了草莓保鲜实验，全面评估了复合薄膜的潜在实际应用价值。本研究提出了一种利用天然花粉作为壳层的活性食品包装的新策略，以实现结构稳定性。

试剂

茶花粉（PO）购自中国浙江阳丰专业合作社。所有花粉均来自同一批次生产，以确保样品一致性，直接使用，无需进一步纯化或预处理。槐树（Sophora japonica）花粉、桃树（Prunus persica）花粉和玫瑰（Rosa rugosa）花粉购自中国振丰堂公司。迷迭香提取物（RE）来自迷迭香叶片，含有20%的肉桂酸

设计概念

传统的皮克林乳液通常依赖合成无机或聚合物颗粒作为稳定剂，这些稳定剂往往生物相容性较低且需要复杂的表面改性。天然茶花粉颗粒凭借其固有的单分散性和高机械强度，能够在高剪切条件下保持结构完整性，从而直接形成稳定的皮克林乳液。在本研究中，使用天然茶花粉（PO）作为稳定剂

结论

本研究在机械乳化过程中成功利用PO制备了稳定且均匀的CA PE，随后将其整合到CMC基质中，制备出具有优异机械强度、气体阻隔性能和缓释功能的活性包装薄膜。在优化条件下（PO浓度为0.2 wt%，油水比为1.9），乳液的液滴尺寸最小为23.78 μm，ζ-电位为-34.47 mV

CRediT作者贡献声明

高干：撰写——初稿。王一琳：概念构思。杜健：撰写——审阅与编辑。陶业汉：形式分析。胡金文：资金获取。卢杰：实验研究。傅成龙：项目管理。夏晓东：资源协调。曹继娟：监督。王海松：资金获取。

伦理声明

根据大连理工大学的政策，这种类型的食品感官分析不需要正式的伦理审批。本研究方法遵循了感官科学的既定伦理指南（ASTM E3314-21）。已获得所有参与者的同意，并采取了最大程度的措施确保所有参与数据收集人员的保密性和伦理待遇。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中国国家重点研发计划（2022YFD2100105）、大连海洋大学生物技术与生物资源利用重点实验室开放基金（编号KF2025004）、辽宁省高等学校基本科研业务费（编号LJ222410152030和LJBKY2024055）以及辽宁省自然科学基金（编号2025-MS-151）的支持。