负载有反-2-己烯醛的明胶/二醛淀粉/纳米纤维素缓冲气凝胶：结合1-MCP协同延长中国蜡梅的采后保鲜效果

《Food Research International》：Trans-2-hexenal-loaded gelatin/dialdehyde starch/nanocellulose cushioning aerogel: synergistic postharvest preservation of Chinese bayberry with 1-MCP

气凝胶保鲜技术：采用GEL/DAS-CNF复合气凝胶负载E2H并配合1-MCP处理，实现中华 Gauss莓三重功能（缓冲-抑菌-抑乙烯），保质期延长至18天，两周内完全降解。

　　

Jiarui Tong|Xiangrong Zhu|Xiumei Chen|Nengguo Tao

湘潭大学化学工程学院，中国湖南省湘潭市411105

摘要

杨梅是一种非常脆弱且易腐烂的水果，需要保护和功能性包装来保持其采后品质。在这项研究中，我们开发了一种新型的生物基气凝胶，该气凝胶采用明胶/二醛淀粉基质，并通过Schiff碱交联和冷冻干燥工艺添加了纤维素纳米纤维（CNF）。制备得到的气凝胶具有优异的压缩性、弹性和生物降解性。进一步地，通过负载反-2-己烯醛（E2H）并结合1-甲基环丙烯（1-MCP）处理，使该气凝胶具备了抑制乙烯生成、抗真菌和缓冲作用三种采后保护功能。最佳配方（含30% CNF）的气凝胶表现出良好的机械性能和稳定的E2H释放行为，释放过程遵循一级动力学。体外和体内实验证实其对杨梅的主要采后病原菌Penicillium citrinum具有显著的抑制效果。在4°C下的储存实验表明，E2H负载的气凝胶垫与1-MCP处理共同使用能有效减少果实腐烂，保持果实的硬度和营养价值，将杨梅的保质期延长至18天，远超对照组（对照组在8天后失去商业价值）。此外，该气凝胶在土壤中两周内完全降解，证明了其作为环保包装材料的潜力。这项研究结合了保护和主动防腐功能，为易腐水果提供了一种可持续且高效的包装方案。

引言

杨梅（Myrica rubra Sieb. et Zucc.）果实营养丰富，但由于果皮脆弱和呼吸速率高（Xue et al., 2025; Zhang, Chen, et al., 2005），极易在采后发生变质。这些内在特性使其在储存和运输过程中容易受到机械损伤和微生物感染，从而加速品质下降，如软化、腐烂和营养流失（Zhang, Chen, et al., 2005）。传统的包装材料，如膨胀聚乙烯（EPE）泡沫套或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）壳，只能提供有限的物理缓冲保护。此外，这些不可降解的石化材料会带来环境污染问题。同时，传统包装中缺乏有效的杀菌和防腐措施，使得病原体通过划伤或果汁泄漏更容易侵入，导致品质不可逆地下降（Itkor et al., 2025）。因此，开发兼具物理保护和主动防腐功能的可持续包装系统对于延长杨梅等易腐水果的保质期至关重要。

为了解决这些问题，基于生物的材料制成的气凝胶成为可持续采后包装解决方案的有希望的选择。它们超轻的结构、多孔的特性以及出色的弹性使得能够有效吸收冲击能量，从而减少对脆弱水果的振动损伤（Li, Du, et al., 2025）。在生物基气凝胶中，多糖-蛋白质复合气凝胶因其结构稳定性和环境可持续性而受到越来越多的关注（Zhao et al., 2018）。生物基气凝胶的物理和生化性质，如机械强度和孔结构，受交联密度以及多糖和蛋白质的具体组成的强烈影响（Nita et al., 2020）。特别是通过Schiff碱反应形成的共价交联网络，能够增强机械强度和生物降解性（Zou et al., 2023），同时避免了有害化学试剂的使用（Wang, Yan, et al., 2024）。要将这些优势应用于水果和蔬菜的保鲜，选择合适的多糖和蛋白质成分至关重要。明胶（GEL）来源于变性的胶原蛋白，在食品工业中广泛用作乳化剂、凝胶剂和保水剂，并因无毒、储存稳定和成本效益而被用于药物输送（Alipal et al., 2021）。近年来，由于其优异的成膜和凝胶化性能，GEL在包装材料中的应用也越来越广泛（Cui, Wu, et al., 2022）。二醛淀粉（DAS）是一种通过过碘酸盐氧化制备的天然淀粉衍生物，含有丰富的醛基团。这些活性基团有助于与GEL形成稳定的Schiff碱键，从而增强结构完整性（N?rnberg et al., 2025）。然而，仅依赖这种化学交联是不够的，因为GEL-DAS网络的固有机械强度有限，且亚胺键具有可逆性（Cui, Wu, et al., 2022）。CNF来源于天然植物（如木材、棉花和竹子），通过机械或化学方法将植物纤维分解成纳米级尺寸。由于其高长径比和丰富的羟基，这些纳米纤维可以作为刚性骨架，与聚合物链物理缠结，形成能够有效分散能量和增强振动阻尼性能的坚固网络（Wang, Yan, et al., 2024）。因此，加入CNF可以为脆弱水果提供更紧凑和承重的气凝胶结构（Yang et al., 2019）。

除了物理缓冲作用外，主动防腐策略对于抑制微生物生长和延缓采后水果的生理衰老也至关重要。将天然抗菌剂整合到包装中已成为主动包装研究的关键焦点（Carpena et al., 2021）。对于杨梅而言，真菌感染是主要的质量威胁，其中P. citrinum被确定为主要的采后病原菌（Wang et al., 2014）。虽然允许在采前使用乙酰氨基吡啶和吡唑醚菌酯等化学杀菌剂，但其残留可能带来环境和致癌风险，因此在许多地区受到限制（Yang et al., 2017）。反-2-己烯醛（E2H）是一种植物来源的挥发性化合物，因其广谱抗真菌活性而受到关注（Zhang et al., 2022）。作为多种水果释放的内源性抗真菌物质，E2H可以有效抑制Botrytis（Wakai et al., 2019）、Neofusicoccum parvum（Tan et al., 2025）和Penicillium digitatum（Zhang et al., 2022）等病原菌。研究表明，将E2H负载到多孔基质中可以实现可控释放，显著延缓食品变质并延长保质期（Li, Jin, & Tao, 2025）。同时，针对生理衰老的防治同样重要。1-甲基环丙烯（1-MCP）作为一种乙烯抑制剂，已被证明可以有效延长杨梅等跃变期水果的储存寿命。通过结合乙烯受体并阻断乙烯信号传导，1-MCP可以延缓呼吸跃变、软化和腐烂，从而减少与成熟相关的品质损失（Saeed et al., 2024）。

基于以上考虑，本研究旨在开发一种多功能绿色包装系统，该系统采用可再生生物聚合物制成，不依赖石化塑料（如EPE）和有害交联剂，整合了三个互补组件：（Alipal et al., 2021）GEL/DAS-CNF气凝胶作为物理缓冲基质，（Al-Dairi et al., 2023）E2H作为天然抗真菌剂，以及（Apostolopoulou-Kalkavoura et al., 2021）1-MCP作为乙烯信号抑制剂。该系统旨在提供物理保护和抗真菌活性，从而减轻杨梅因物理损伤和微生物腐烂造成的采后损失。

材料

明胶（GEL）购自中国新华制药试剂有限公司。二醛淀粉（DAS）购自武汉华祥科杰生物科技有限公司。竹子纤维素纳米纤维悬浮液（1.3 wt%，平均直径30.10 ± 8.83 nm）购自天津Woodelf生物科技有限公司。反-2-己烯醛（E2H，纯度98%，CAS: 6728-26-3）、trans-2-戊烯醛（95%，CAS: 1576-80-7）、trans-2-辛烯醛（95%，CAS: 2548-87-0）、香叶醛（97%，CAS: 5392-40-5）、β-芳樟醇（95%，CAS: 126–91-0）、β-蒎烯（90%，CAS: 123–35-3）等试剂均购自相关公司。

形态学

如图2a–d所示，所有气凝胶样品都呈现出典型的多孔结构，但孔径和壁形态明显受到CNF含量的影响。纯G/D气凝胶（图2a）的孔径较大（>300 μm），孔壁较薄。加入20% CNF后（图2b），孔径变小，孔壁变厚。当CNF含量达到30%时（图2c），气凝胶形成了最均匀和致密的蜂窝状微结构。

结论

本研究通过Schiff碱交联和冷冻干燥制备了一种轻质且具有弹性的G/D-CNF气凝胶。通过加载E2H并结合5 μL·L^?1的1-MCP处理，该气凝胶具备了“缓冲–抗真菌–抑制乙烯生成”三种功能，有效减缓了杨梅在采后的机械损伤和品质下降。

CRediT作者贡献声明

Jiarui Tong：撰写初稿、软件开发、方法设计、数据整理、概念构建。Xiangrong Zhu：方法设计、实验研究。Xiumei Chen：撰写与编辑、监督工作。Nengguo Tao：撰写与编辑、监督工作、项目管理和资金申请。

未引用参考文献

Heras-Mozos et al., 2021

Huang and Liu, 2021

Ren et al., 2023

Shi, He, Yang and Wang, 2024

Tomin, Lengyel, Párizs and Kmetty, 2023

Velásquez-Castillo et al., 2025

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了湖南省重点研发项目（项目编号：2024JK2141）和国家自然科学基金（项目编号：32302183）的支持。