《Food Hydrocolloids》：Antimicrobial hydrogel based on Schiff base-crosslinked dialdehyde microfibrillated cellulose/carboxymethyl chitosan for loquat preservation: High efficiency and mechanism
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复合水凝胶保鲜技术通过整合肉桂精油纳米乳液显著提升枇杷储藏品质，其机制涉及GABA代谢调控与三羧酸循环优化，并兼具优异的机械性能与抗菌抗氧化能力。
Xinhui Zhang|Zhaxi Cairang|Chong Shi|Mengyang Xu|Haifei Ou|Donglu Fang|Weizhong You|Hongli Qie|Yicheng Wang|Yaqiong Wu|Lianfei Lyu|Zhengjin Huang|Fuliang Cao|Weilin Li
中国南京林业大学林业与草原学院南方可持续林业协同创新中心，森林食品资源开发与利用国家重点实验室，南京 210037
摘要
为了延长枇杷果的采后新鲜度，本研究将肉桂精油纳米乳液（CEON）引入交联的二醛微纤化纤维素（DAMFC）和羧甲基壳聚糖（CMCS）基质中，制备出一种水凝胶层。CEON的加入通过增强化学和物理相互作用，提高了水凝胶的网络密度，从而显著改善了其保水能力、稳定性、粘弹性、热稳定性、抗菌活性和抗氧化性能。在枇杷保鲜应用中，这种复合水凝胶层有效延缓了果皮褐变，减少了质量损失，并保持了果实的硬度和总可溶性固形物含量，其中0.6%的CEON配方效果最佳。进一步分析揭示了水凝胶层通过调节基因表达来维持有机酸水平的机制。具体来说，它增强了γ-氨基丁酸的代谢及其进入三羧酸循环的过程。在实际应用中，该水凝胶还表现出良好的减震性能。总之，本研究为高价值易腐水果提供了一种协同保鲜策略，并阐明了其背后的代谢调控机制。
引言
包装技术在确保全球新鲜农产品供应链的质量和安全方面发挥着关键作用，同时也能减少由于不当处理造成的大量采后损失（Du等人，2023年）。对于像枇杷这样表皮薄且易受机械损伤的水果来说尤为重要，因为机械损伤可能导致真菌感染和酶促褐变（Zhang等人，2026年）。随着消费者对化学防腐剂的关注日益增加，基于天然材料并具有主动保鲜功能的绿色包装系统的开发已成为主要的研究方向（Wu等人，2024b年）。主动包装包含抗菌或抗氧化剂等功能性成分，可以主动改变储存微环境，从而更有效地保持产品质量并延长保质期（Cerruti da Costa等人，2025年）。因此，开发高效、安全且环保的主动包装技术对于包括枇杷在内的高价值易腐水果产业的可持续发展具有重要的实际和科学意义。
目前，枇杷的主要保鲜方法依赖于低温储存结合低毒性的杀菌剂处理（Liu等人，2019年；Shen等人，2025年）。然而，这些传统方法存在明显局限性。单纯依靠低温保护效果不足，而过度使用化学杀菌剂则可能对食品安全构成风险，并可能促进病原体抗性的产生。尽管某些实验室方法（如精油熏蒸）显示出潜在价值，但其高挥发性和短期效果限制了其商业应用（Cao等人，2012年；Zhang等人，2026年）。因此，研究和工业界正共同努力开发具有生物相容性和主动性能的生物基包装材料，以替代传统的被动包装系统和化学防腐剂。
在天然聚合物中，羧甲基壳聚糖（CMCS）因其良好的生物相容性、生物降解性、成膜能力和固有的抗菌活性而受到广泛关注（Ashraf等人，2026年；Wang等人，2019年；Zimet等人，2019年）。然而，纯CMCS存在一些固有缺陷，如防潮性差、机械强度不足和功能有限。在本研究中，我们使用了二醛微纤化纤维素（DAMFC），它不仅提供了来自纳米纤维素的坚固三维支架，还能与CMCS高效且环保地交联。这种交联是通过DAMFC上的醛基与CMCS上的氨基之间的席夫碱反应实现的，从而提高了复合材料的机械性能和防潮性（Mu等人，2012年）。此外，为了赋予包装材料更强的主动保鲜能力，有效策略是将天然抗菌剂和抗氧化剂（如植物精油和多酚化合物）纳入复合网络中（Cao等人，2023年；Wang等人，2025年）。
肉桂精油（CEO）由于其主要活性成分肉桂醛的强效广谱抗菌和抗氧化活性，在采后保鲜方面具有巨大潜力（Tsai等人，2017年；Yang等人，2022年）。然而，CEO的实际应用受到其高挥发性、稳定性差和强疏水性的限制。解决这些问题需要采用纳米封装等技术来提高稳定性和生物利用度（Shi等人，2024年；Zhu等人，2021b年）。因此，将结构改性的CMCS与纳米封装的精油结合，开发出既具有强机械性能又具有高生物效力的主动包装系统，是目前的研究前沿。
有效的保鲜策略的一个关键点是，它们不仅要抑制外部微生物的生长，还要维持果实内部的生理平衡（Hao等人，2025年）。采后质量下降本质上是内部代谢失衡的宏观表现（Yi等人，2025年）。枇杷采后变质的一个关键特征是风味失衡，因为在储存过程中有机酸的降解速度明显快于糖（Ding等人，2006年）。三羧酸循环是水果能量代谢的核心。重要的是，γ-氨基丁酸（GABA）途径在连接碳氮代谢与三羧酸循环中起关键作用，它在调节有机酸代谢、维持细胞能量平衡和增强抗逆性方面起着关键作用（Aghdam等人，2018年；Fan等人，2022年；Zhang等人，2024b年）。研究表明，外源处理可以通过调节内源性GABA代谢来保持苹果和柑橘等水果的有机酸平衡和储存质量（Fan等人，2022年；Sheng等人，2017年）。这表明主动包装的机制可能超越简单的物理屏障功能和直接抗菌作用，可能涉及调节水果中的核心代谢途径。然而，主动包装材料如何通过调节内源性途径（如GABA途径）来延缓果实衰老的分子机制尚未完全阐明。这一知识空白是目前研究中的一个空白。
本研究旨在开发一种新型的枇杷保鲜主动包装水凝胶层，并探究其背后的机制。将通过CMCS和DAMFC之间的席夫碱交联构建一个机械强化的复合基质。系统评估不同浓度的肉桂精油纳米乳液（CEON）对所得复合水凝胶的机械性能、保水能力、稳定性、粘弹性、热稳定性和抗菌活性的影响。将使用枇杷果实验证最佳配方的保鲜效果。最后，将通过转录组分析研究主动包装处理对枇杷采后代谢的影响，特别关注GABA途径及相关有机酸代谢。
材料
肉桂精油（CEO，100%，食品级）由Aoyilong Fragrance and Flavor Co., Ltd.（中国佛山）提供。Tween 80（分析级）来自Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd（中国天津）。辛烯基琥珀酸酐淀粉（OSA淀粉，食品级）由Huali Biotechnology Co., Ltd.（中国江苏）提供。羧甲基壳聚糖（CMCS，分子量：200-250 kDa，取代度≥90%）由Aladdin Reagent Co., Ltd.（中国上海）提供。微纤化纤维素（MFC，3%悬浮液）来自
ζ电位和粒径
在我们的研究中，使用OSA改性的淀粉作为水相，CEO和Tween 80的混合物作为油相，通过高速剪切均质化制备了一种油包水型的CEON纳米乳液。纳米乳液技术显著提高了分散性、稳定性和靶向释放能力（Zhu等人，2023年）。例如，酪蛋白钠/羟丙基-β-环糊精/香芹酚纳米乳液对Bacillus cereus表现出强抗菌活性，并且具有持久的
结论
本研究开发了基于DAMFC/CMCS并加入CEON的复合水凝胶层，用于枇杷果的采后保鲜。结果表明，CEON的加入显著提高了水凝胶层的保水能力、稳定性、粘弹性、热稳定性、抗菌活性和抗氧化能力。CEON浓度的增加导致水凝胶基质内的交联密度更高，三维网络更加紧密。
作者贡献声明
Fuliang Cao：验证。
Zhaxi Cairang：撰写 – 审稿与编辑。
Zhengjin Huang：验证。
Mengyang Xu：撰写 – 审稿与编辑。
Weilin Li：撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理，资金获取，概念构思。
Chong Shi：撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理，资金获取，概念构思。
Donglu Fang：验证。
Haifei Ou：撰写 – 审稿与编辑。
Hongli Qie：资源提供。
Weizhong You：资源提供。
Yaqiong Wu：
未引用参考文献
Bougayr等人，2024年；Chen等人，2025a年；Huang等人，2023年；Liu等人，2024年；Wu等人，2024年。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了江苏省农业科技创新基金（CX(24)1018）、江苏省优秀博士后计划（2024ZB436）和瑞华非营利基金的支持。
