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果胶薄膜通过负载鞣酸蒙脱土纳米递送系统（TA@M）显著提升机械性能和抗菌活性，水蒸气阻隔性提高至1.220×10-12 g/cm·s·Pa，拉伸强度达25.80 MPa，UV阻隔性和抗氧化能力分别提高18.04倍和15.77倍，同时实现缓释效果和生物安全性平衡，有效延长草莓保鲜期。
杨文静|徐银飞|胡雅娜|李艳|张世凯|李一静|王成强|李厚申
山东农业大学食品科学与工程学院，中国山东省泰安市271018
摘要
基于多糖的薄膜，特别是果胶薄膜，在食品保鲜方面具有巨大潜力，但其机械性能较差且抗菌活性不足。为了解决这些问题，我们开发了一种单宁酸-蒙脱石（TA@M）纳米输送系统，用于易腐水果的保鲜。其中，蒙脱石（M）作为抗菌剂单宁酸（TA）的无机纳米载体。TA@M可以均匀分散在果胶基质中，填充并连接果胶分子链之间的空隙，形成致密稳定的复合薄膜。此外，TA@M与果胶具有良好的相容性，并通过氢键作用形成稳定的复合结构，从而显著提高了果胶薄膜的拉伸强度（25.80 MPa）、水蒸气阻隔性能（1.220 × 10^-12 g/cm·s·Pa）和疏水性。得益于TA@M的缓释效果，复合薄膜的耐紫外线性能、抗氧化性能（T-AOC和DPPH自由基清除能力分别提高了18.04倍和15.77倍），以及长期的抗菌性能也得到了显著提升，同时实现了机械性能和抗菌活性之间的良好平衡。此外，该复合薄膜具有可靠的生物安全性，能够显著延长草莓的储存寿命。总之，本研究为平衡基于果胶的薄膜的多重性能提供了新的见解，所制备的可降解果胶基缓释抗菌复合薄膜在易腐食品包装领域具有广泛的应用前景。
引言
水果富含人体所需的多种营养物质，但由于其高水分含量（约75%-95%）和活跃的新陈代谢，它们在收获后的储存和运输过程中极易受到各种病原微生物的侵害，导致品质下降和腐烂（Dai等人，2024年）。此外，全球每年约有三分之一的水果在食用前腐烂，造成严重的资源浪费和经济损失（Mumuni和Joseph Aleer，2023年）。目前，传统塑料包装仍然是最常用的水果保鲜材料之一，因为其成本低且使用方便（Mumuni和Joseph Aleer，2023年）。然而，尽管塑料包装能有效延缓水果变质，但其不可生物降解性会导致环境污染，这已成为食品包装行业需要解决的关键问题（Mangaraj等人，2019年）。因此，开发绿色、安全、天然可生物降解的活性包装薄膜以提高食品储存质量已成为研究的重点。
目前，用于制备活性包装薄膜的主要成分包括多糖、脂质和蛋白质。其中，多糖作为天然生物聚合物（如果胶、海藻酸钠和纤维素），因其无毒、可生物降解、可再生和良好的生物相容性而被广泛使用（Tang等人，2023年）。在各种基于多糖的聚合物中，果胶是一种具有优异可生物降解性、成膜性能、安全性和生物相容性的天然多糖，在可持续食品包装材料的发展中具有巨大潜力（Chen等人，2022年）。然而，仅由纯果胶制备的薄膜通常缺乏抗菌活性，难以有效用于水果保鲜（Nguyen等人，2023年）。为了克服这一缺陷，常引入天然抗菌剂（如牛至精油、芹菜素和肉桂醛）来改性果胶薄膜。虽然这些方法可以使果胶薄膜具有目标抗菌活性，但引入的天然抗菌剂通常存在易氧化、挥发性差和耐热性低等问题，导致抗菌剂在制备包装薄膜过程中容易被失活，使得薄膜难以保持长期的抗菌活性。此外，这些不同抗菌活性物质与果胶薄膜之间的相互作用有限且相容性差，常常导致薄膜的物理性能下降，难以形成稳定、高性能的薄膜（Furlan等人，2023年）。因此，找到一种简单的策略来提高抗菌活性物质与果胶薄膜之间的相容性和稳定性，以实现薄膜优异的物理性能和生物活性之间的平衡非常重要。
单宁酸（TA）是一种广泛存在于植物中的天然多酚化合物。其分子结构富含酚羟基、酚基团和酯基团，赋予其优异的生物相容性，并表现出显著的抗氧化和抗菌活性（Li等人，2025年）。凭借这些特性，TA可以用作天然、高效且结构稳定的交联剂和功能性添加剂，通过与果胶分子通过氢键和疏水相互作用形成稳定的复合结构，从而增强基于果胶的薄膜的物理性能和生物活性，为解决上述问题提供了实际方案。然而，作为一种小分子多酚，TA在水溶液中容易发生自聚，并且在热处理过程中容易降解或失去活性，这严重限制了其在果胶薄膜中的应用稳定性（Yang等人，2024年）。此外，高浓度的游离TA可能导致聚合物化、相分离和在薄膜内的快速释放，从而影响薄膜的机械性能和长期抗菌性能（Liang等人，2025年）。因此，实现TA在果胶聚合物基质中的高效稳定装载仍然是一个主要挑战。
引入功能性纳米载体材料以实现TA的稳定装载和持续释放已成为一种有效的解决策略。虽然已经探索了多种纳米复合材料来增强薄膜性能，但仍存在重大挑战。例如，基于金属氧化物的系统（如壳聚糖/TiO2（Wang等人，2025年）和明胶/ZnO（Zhu等人，2026年））往往受到潜在细胞毒性的限制，以及食品接触材料严格的迁移限制。此外，虽然天然粘土矿物（如硅藻土、高岭石）提供了更安全、生物相容的替代品，但未经改性的粘土通常具有有限的装载能力和与活性剂的弱界面结合力。为了解决这些限制，本研究开发了酸改性的蒙脱石（M）作为优越的纳米载体。与其他粘土矿物相比，蒙脱石（M）作为一种天然层状硅酸盐纳米材料，具有较高的比表面积、丰富的表面活性位点和优异的热稳定性。特别是经过酸改性处理后，M可以增加层间距并增强表面活性，从而吸收更多的TA（Xu等人，2025年）。它已在食品、制药和饲料行业中得到广泛应用，在生物安全性和经济可行性方面显示出显著优势（Viota等人，2010年）。在与多酚化合物形成复合物的过程中，M利用其插层结构通过离子交换和氢键相互作用将多酚分子插入硅酸盐层之间，从而提高其装载能力、稳定性和控释性能。因此，M有望成为理想的载体材料，通过吸附和稳定作用有效增强果胶基薄膜中TA的分散性、热稳定性和缓释性能，实现薄膜机械性能和长期生物活性之间的协同平衡。
在本研究中，TA被用作功能性抗菌剂，蒙脱石（M）作为无机纳米载体，构建了TA@M纳米复合系统，并将其均匀分散在果胶溶液中，制备出具有高性能缓释抗菌活性的果胶薄膜。我们假设TA@M-果胶复合薄膜可以在保持机械性能的同时实现长期的缓释抗菌活性。系统评估了TA@M对果胶薄膜的微观结构、机械性能、疏水性、水蒸气阻隔性能和耐紫外线性能的影响。随后，研究了TA@M-果胶薄膜的抗氧化性能和抗菌活性，并通过TA释放实验验证了薄膜生物活性的长期缓释稳定性。此外，通过细胞毒性测试、植物毒性测试和土壤降解测试评估了TA@M-果胶薄膜的生物安全性和环境友好性。最后，通过草莓包装验证了复合薄膜在保鲜包装方面的潜力。本研究为开发用于易腐水果保鲜包装的可降解果胶基缓释抗菌复合薄膜提供了有效支持。
材料
蒙脱石K-10（M）和单宁酸（TA）购自Macklin Biochemical Co. Ltd.（中国上海）。果胶采用传统的热酸法从柑橘皮中提取，其单糖组成、分子量和结构信息使用我们之前的研究方法确定（Zhang等人，2025年）。提取的柑橘果胶中的半乳糖醛酸含量为74.73%，相对分子量为1564 kDa，属于高
TA@M的结构表征
使用SEM、EDX、XPS、FTIR和TG分析了TA@M复合材料的形态和组成。SEM图像显示，酸改性的蒙脱石表面形态明显分层，并有小颗粒附着，表明TA成功负载（图1A）。此外，EDX分析表明，新元素C及其在吸附的蒙脱石中的含量显著增加，表明TA已成功吸附在蒙脱石表面（吸附
结论
本研究成功制备了一种用于易腐水果保鲜包装的多功能果胶薄膜，采用酸改性的蒙脱石负载单宁酸（TA@M）作为功能性载体。蒙脱石的层状结构有效促进了单宁酸的缓释，从而使TA@M-果胶薄膜具有长期的稳定抗菌性能和抗氧化性能。同时，TA@M-果胶复合薄膜表现出优异的机械性能和
CRediT作者贡献声明
李厚申：写作 – 审稿与编辑，监督。王成强：写作 – 审稿与编辑，监督。李艳：写作 – 审稿与编辑，监督。李一静：可视化，验证，数据管理。张世凯：可视化，验证，数据管理。胡雅娜：可视化，验证，数据管理。徐银飞：方法学，研究，正式分析，数据管理，概念化。杨文静：写作 – 原稿撰写，验证，软件使用，方法学
利益冲突声明
无。
致谢
本工作得到了山东省科技型中小企业创新能力提升计划（2024TSGC066，2025TSGCCZZB0406）、山东农业大学的“一流学科”建设项目资助，以及大岳区科技合作项目（HZXM2024002）的支持。
