《Food Chemistry》：A citrus pericarp-inspired ternary bio-mimetic film with slow-release functional units and its application in preserving grape
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柑橘皮结构仿生薄膜通过外层果胶模拟蜡层阻隔水分和微生物，内层壳聚糖增强缓冲性，并负载肉桂醛藻酸盐微胶囊实现长效抑菌抗氧化。优化微胶囊（藻酸盐:肉桂醛=3:1）包封率达91%，缓释60小时以上，使涂层葡萄15天储藏期失重率降低至25.2%，机械强度超50MPa，抑制真菌并减少氧化损伤。摘要：
黄慧华|梁思睿|赵阳|王文霞|董浩|杨星芬|刘春龙|廖文臻|何琦
公共卫生学院/食品安全与健康研究中心/广东省热带疾病研究重点实验室/BSL-3实验室（广东），南方医科大学，中国广东省广州市510515。
摘要
受柑橘果皮分层保护结构的启发，研制出一种仿生三层薄膜，用于高性能葡萄保鲜。该系统由外层凝胶糖（GG）组成，模拟疏水性的表皮蜡；内层为壳聚糖（CH）基质，模拟缓冲性的反照组织。负载丁香酚的海藻酸微胶囊（MCs）类似于柑橘的油腺，可实现持续释放。优化后的MCs（海藻酸：丁香酚=3:1）封装效率达到91.0%，并在60小时内实现双相释放。将其整合到GG/CH薄膜中后，MCs使机械强度超过50 MPa，不透明度提高到0.83以上，亲水性增强（接触角约85°）。在15天的储存期间，涂覆后的葡萄重量损失减少（约25.2%，而对照组为31.9%），硬度保持稳定（约4 N），微生物生长受到抑制（减少1.5个对数单位），氧化损伤得到缓解，同时可溶性固体、可滴定酸度和总酚类物质的变化也得到控制。这种仿生策略结合了结构设计与活性释放机制，为延长水果保质期提供了一种可持续的方法。
引言
高 perishable 水果的采后保鲜是全球食品安全面临的持续挑战。葡萄（Vitis vinifera）由于表皮薄、呼吸速率高且易受真菌侵害（Tapor等人，2024年），其品质下降尤为迅速。虽然工业上依赖合成杀菌剂和冷藏可以减少部分损失，但质地、风味和营养价值的显著恶化通常会在几天内发生（Dhanasekaran等人，2024年）。传统方法的一个根本局限性在于无法同时调节果实生理机能、提供持续的抗菌活性并保持结构完整性，最终影响水果的保质期和市场价值（Riseh等人，2024年）。
自然界提供了长期保鲜的巧妙方案——柑橘果皮。柑橘类水果在常温条件下可以保持数月新鲜，这归功于其分层结构（Gao等人，2025年）。这种天然包装系统具有以下特点：（1）疏水性的表皮蜡层，可最小化水分流失和微生物附着；（2）多孔的缓冲性反照组织，可缓冲机械应力并调节气体交换；（3）嵌入的油腺，作为天然微胶囊（MCs），能够储存并持续释放抗菌和抗氧化化合物（如柠檬烯、橙皮苷）（Hui等人，2023年）。这种综合的物理化学防御策略为先进的水果涂层设计提供了有力模型。
受这一自然设计的启发，本研究设计了一种仿生多功能薄膜，复制了柑橘果皮的关键保护结构（图S1）。该系统由三个协同作用的组分组成：外层凝胶糖（GG），模拟蜡的疏水屏障特性；内层壳聚糖（CH），模拟反照组织的柔韧缓冲作用；以及嵌入基质中的海藻酸基MCs，模拟油腺的持续释放功能。选择丁香酚作为活性成分，因为它具有强效的蒸汽相抗菌活性，尤其是对B. cinerea，并且具有很强的抗氧化能力。
尽管之前已有研究探索了壳聚糖（CH）、凝胶糖（GG）、MCs或封装系统在食品保鲜中的应用，但这些研究主要集中在单层涂层、简单的生物聚合物混合物或非集成活性包装（如小袋）（Zhao等人，2023年；Huang等人，2024年），而本研究首次将这些组分合理整合到受柑橘果皮启发的系统中。创新之处在于将这些元素合理、功能性地整合到一种分层结构材料中，整体模仿了柑橘果皮的构造。主要进展包括：（1）精心制备了GG/CH双层结构，以实现结合屏障和机械缓冲性能；（2）将MCs不仅作为添加剂载体使用，还作为具有双重功能的单元，既能持续释放生物活性物质，又能增强聚合物基质；（3）展示了多重功能的协同效应，即在单一、连贯的薄膜中实现了紫外线阻隔、可控的亲水性、增强的机械性能以及延长的抗菌/抗氧化活性。这种综合方法填补了从“活性添加剂”涂层向真正仿生、结构功能性包装系统的关键空白，为延长保质期、减少食物浪费和降低对合成杀菌剂的依赖提供了可持续的解决方案。
材料
材料
2024年9月，从中国新疆吐鲁番（地理坐标：约42°N，约89°E）收获了处于商业成熟期的新鲜葡萄（Vitis vinifera cv. Thompson Seedless），果皮表面绿色度约为75%。该干旱大陆地区年日照时间超过3000小时，降雨量极少（<20毫米），有利于糖分积累和果实均匀发育。这些葡萄的平均重量为18.0±0.7克，轴径为18–22毫米，长度为25–30毫米。
形态与结构分析
扫描电子显微镜（SEM）分析显示，MCs呈现近似球形几何形态，并具有特征性的表面皱纹（图1A），这是水合海藻酸（ALG）基质冷冻干燥过程中部分网络塌陷的典型结果。值得注意的是，表面形貌随ALG含量的变化而系统性变化。低ALG含量的MCs（MC1）表面粗糙，有明显的凹陷和空洞，这些凹陷和空洞可作为核心物质的直接扩散通道。
结论
受柑橘果皮分层保护结构的启发，本研究开发了一种仿生、功能集成的薄膜，由外层凝胶糖（GG）、内层壳聚糖（CH）基质以及嵌入的负载丁香酚的海藻酸微胶囊（MCs）组成。优化后的MCs实现了高封装效率（91.0%），并实现了丁香酚的双相释放，同时增强了薄膜的机械性能并赋予了持续的生物活性。将其应用于葡萄后，该涂层有效调节了果实的采后品质。
CRediT作者贡献声明
黄慧华：撰写——原始草稿，研究。梁思睿：撰写——原始草稿，研究。赵阳：撰写——原始草稿，研究。王文霞：研究。董浩：撰写——审稿与编辑，资源提供。杨星芬：监督。刘春龙：资源提供，研究。廖文臻：撰写——审稿与编辑，监督，研究。何琦：撰写——审稿与编辑，监督，项目管理。
未引用的参考文献
Karaca等人，2024年
Kirtil和Yildiz，2025年
Yan等人，2024年
利益冲突声明
作者声明他们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
本研究得到了国家自然科学基金（编号：31901750）和广东省重点研发计划（编号：2019B020210002）的支持。
