γ-癸内酯/EGCG抗真菌电纺材料的制备及其在柑橘果实保鲜中的应用

《Food Chemistry》：Preparation of gamma-Decanolactone/EGCG antifungal electrospinning materials and its application in citrus fruit preservation

柑橘类水果在物流运输中易受病原真菌感染，本研究通过电纺技术制备含γ-脱氧乳酮（DL）和表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）的天然聚合物纤维膜（Gelatin/Pectin基），优化Gelatin与Pectin质量比（5:0.5）实现力学性能（拉伸强度3.34±0.29MPa）、生物降解性和抗真菌活性协同提升，可降低柑橘腐烂率40.73%。该材料为电商物流中的柑橘保鲜提供了绿色解决方案。

　　

胡世森|彭飞月|雷晓娟|王文军|徐丹|明健|卢志松|曾凯芳

中国西南大学食品科学学院，重庆400715

摘要

柑橘类水果极易受到病原真菌的感染，在物流和运输过程中也会造成损失，因此需要开发方便快捷的抗菌包装材料。本研究采用静电纺丝技术，以γ-癸内酯（DL）和表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）作为抗菌剂，明胶（GL）和果胶（PET）作为基底，制备了具有抗菌性能的纤维薄膜。通过FE-SEM、WCA测试及土壤降解实验等物理化学表征，证实GL/PET/DL-0.3%EGCG抗菌静电纺丝纤维薄膜具有连续的纤维结构、优异的机械性能（拉伸强度为3.34±0.29 MPa）和生物降解性。其出色的抗菌效果可将柑橘类水果在物流和运输过程中的腐烂率降低40.73%。因此，本研究制备的抗菌静电纺丝纤维薄膜为柑橘类水果的保鲜提供了一种新的方法，在柑橘保鲜领域具有巨大潜力。

引言

自COVID-19大流行以来，网购行业经历了爆炸性增长，极大地改变了消费者的购买行为（Tyrv?inen & Karjaluoto, 2022）。柑橘类水果因其高营养价值和多种健康促进作用而受到消费者的青睐（Li et al., 2024）。然而，柑橘类水果在物流和运输过程中极易受到病原细菌的感染，导致巨大的经济损失（Peng et al., 2025）。目前，预防柑橘采后病害的方法是在收获后用合成化学杀菌剂浸泡（Li et al., 2025）。但这与电子商务物流高效快捷的目标不符，因此亟需改进柑橘电子商务物流的处理方式（Wei et al., 2024）。静电纺丝技术因其设备简单、制造工艺便捷和加工条件温和等优点，在果蔬保鲜领域得到了广泛应用（Wang & Su, 2024）。此外，通过静电纺丝技术制备的纤维材料可以快速便捷地应用于包装盒上，有效减少果蔬病害的发生。为了延长柑橘的保质期，人们探索了先进的活性包装材料。例如，基于多孔普鲁士蓝的薄膜具有光热和类似酶的特性（Wang et al., 2025），而含有淀粉醛-槲皮素共轭物的壳聚糖薄膜则增强了抗氧化和抗菌性能（Sun et al., 2024），这两种材料都能有效延缓水果变质。

近年来，人们对利用天然聚合物（如壳聚糖、蛋白质、纤维素、淀粉和明胶）通过静电纺丝制备的可生物降解食品包装材料表现出浓厚兴趣（Liang et al., 2024）。这些天然聚合物来源广泛，具有良好的纺丝性能。其中，明胶（GL）是从动物胶原蛋白中提取的生物分子，广泛用于食品添加剂、药物递送剂和组织再生材料，具有强吸水性、侧链基团高反应性和优异的生物安全性（Kazemi, Jahanbin, Ojagh, & Abdollahi, 2023）。然而，静电纺丝技术制备的明胶薄膜机械性能和稳定性不足，限制了其在食品包装中的应用。为了解决这些问题，人们尝试使用壳聚糖（Jiang et al., 2025）、聚乙烯醇（Jebel, Roufegarinejad, Alizadeh, & Amjadi, 2025）和果胶（Al-Ibresam et al., 2025）与明胶共同制备薄膜。果胶是一种富含α-1,4-连接D-半乳糖酸（GalA）的杂多糖（Mohnen, 2008），作为一种安全且成本低廉的天然添加剂而得到广泛应用（Reichembach, Guerrero, de Oliveira Petkowicz, & de la Caba, 2024），尤其擅长控制多种化合物的释放（Pornsak, 2011），包括药物（Vityazev et al., 2017）、精油（Reichembach, de Oliveira Petkowicz, Guerrero, & de la Caba, 2024）和生长因子（Rajabnejad Keleshteri et al., 2021）。添加果胶可以有效增强明胶封装活性物质的能力。然而，仅靠天然聚合物制成的材料无法有效保护食品免受运输和储存过程中的外部环境因素和微生物污染（Wang, Wang, Sun, Wang, & Liu, 2025），因此需要向这些基底中添加具有抗氧化和抗菌性能的成分。

γ-癸内酯（DL）是一种无色至淡黄色的液体，天然存在于桃子、杏子和草莓等水果中（Syed et al., 2024）。前期研究表明，使用DL作为抗菌剂的纤维材料能有效抑制三种常见病原菌（Penicillium digitatum、Penicillium italicum和Geotrichum candidum）在柑橘中的生长和繁殖，但添加6%的DL浓度对材料性能影响较小，而更高浓度的DL则会影响材料的机械性能和纤维形态（Hu et al., 2025）。表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）是绿茶中的主要儿茶素成分，富含酚羟基，能够与多种材料发生相互作用。研究表明，EGCG中的酚羟基可通过形成氢键增强明胶薄膜的机械性能（Wang et al., 2019）。此外，当EGCG被封装在纤维素纳米晶体稳定的聚乙二醇/葡聚糖水相系统中，并与壳聚糖结合形成活性包装膜时，该复合材料表现出优异的抗菌性能，可将香蕉和番茄的保质期分别延长至8天和12天（Zhang, Cai, Hu, & Tan, 2025）。

本研究采用静电纺丝技术，以明胶和果胶为基底，制备了含有DL和EGCG的抗菌静电纺丝纤维薄膜。首先研究了明胶/果胶的比例，以获得具有优异机械性能、可控膨胀/溶解性和高抗菌剂负载能力的静电纺丝薄膜。相关结果总结在表S1和S2中。随后添加DL和EGCG制备抗菌静电纺丝薄膜，研究了这两种化合物对材料物理性能的影响，以及它们联合使用是否能增强材料的抗菌性能。最后，通过包装处理探讨了该抗菌静电纺丝薄膜在物流过程中对柑橘的保鲜效果。本研究为开发环保型食品级可降解材料提供了创新的理论框架，并为柑橘采后储存和运输过程中的质量控制提供了新思路。

材料

明胶（B型，凝胶强度≥250 g/Bloom）和表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG；CAS: 989–51-5，纯度≥98%）购自商业供应商。γ-癸内酯（CAS: 706–14-9，纯度≥98%）、果胶（CAS: 9000-69-5，纯度≥99%）、甘油（CAS: 56–81-5，纯度≥99%）和Triton X-100（CAS: 9036-19-5，纯度≥99%）均为分析级。除非另有说明，所有试剂均为分析级，所有溶液均使用Milli-Q水配制。甜橙（品种Jincheng #447）

抗菌静电纺丝溶液的粘度和导电性

纺丝溶液的性质，包括粘度和导电性，在纳米纤维的形成以及最终样品的形态和大小方面起着关键作用（El-Naggar, Abdelgawad, Salas, & Rojas, 2016）。粘度是静电纺丝过程中的关键指标，因为它对聚合物分子之间的缠结至关重要（Colín-Orozco, Zapata-Torres, Rodríguez-Gattorno, & Pedroza-Islas, 2015）。表S3中的结果显示，纺丝溶液的粘度值为1.09 Pa

结论

总结而言，以5 g: 0.5 g的GL: PET质量比制备的静电纺丝纤维薄膜表现出强吸水性、良好的机械性能以及最高的抗菌物质封装效率。随后通过添加6%的DL和不同浓度的EGCG制备了抗菌静电纺丝薄膜。DL和EGCG的添加提高了纺丝溶液的粘度和导电性，使得纤维更加光滑

作者贡献

曾凯芳构思并监督了整个项目；胡世森设计了实验；胡世森和彭飞月完成了大部分实验；胡世森分析了数据并撰写了手稿；曾凯芳、卢志松、雷晓娟、王文军、明健和徐丹提供了建议并编辑了手稿。所有作者均审阅并批准了最终稿件。

作者贡献声明

胡世森：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。彭飞月：方法学研究。雷晓娟：撰写 – 审稿与编辑。王文军：资源获取。徐丹：撰写 – 审稿与编辑。明健：资源提供。卢志松：撰写 – 审稿与编辑。曾凯芳：撰写 – 审稿与编辑，资金争取。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（2021YFD2100505）的支持。感谢西南大学分析测试中心的协助。