《Journal of Stored Products Research》：Active chitosan-alginate films incorporating methyl eugenol for improved food packaging functionality and postharvest preservation performance
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本研究制备了壳聚糖-海藻酸钠复合薄膜并负载丁香酚及其甲基衍生物，系统评估其力学性能、水分阻隔性、抗菌抗氧化能力及降解特性。结果表明甲基丁香酚显著提升薄膜 tensile strength（6.99±0.21 MPa vs 4.57±0.17 MPa）和水分阻隔性（降低28.4%），对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑制效果更优（p<0.05），且28天土壤降解率超65%。樱桃番茄保鲜实验显示其显著减少腐烂率、维持可溶性固形物和有机酸含量。
作者：Thi Khanh Van Pham、Hoang Anh Thy Do、Ly Khanh Trinh、Duc Tri Luu、Long Phuoc Lieu、Dinh Quan Nguyen
越南胡志明市技术大学（HCMUT）化学工程学院生物燃料与生物质研究实验室，地址：越南胡志明市Dien Hong区Ly Thuong Kiet街268号
摘要
开发可生物降解的活性包装材料对于提高食品保鲜效果同时减少对石油基塑料的依赖至关重要。在本研究中，制备了壳聚糖-海藻酸盐复合薄膜，并通过添加丁香酚及其甲基衍生物甲基丁香酚对其进行功能化处理，然后系统地评估了其在结构、物理化学性质、抗菌性、抗氧化性、生物降解性和采后保鲜方面的性能。结构分析显示，添加生物活性物质后薄膜的分子间相互作用增强，结晶度降低，尤其是甲基丁香酚的这种非晶化效应更为显著。与对照组薄膜相比，添加甲基丁香酚的薄膜具有显著更高的拉伸强度（6.99 ± 0.21 MPa vs 4.57 ± 0.17 MPa，p < 0.05），同时保持适中的断裂伸长率（34.87 ± 1.13%）。水蒸气透过率降低了28.4%（p < 0.05），表明其防潮性能得到改善。抗氧化测试显示其具有更强的自由基清除能力；针对大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抗菌评估显示其具有显著的抑菌效果（p < 0.05），其中甲基丁香酚的效果最为明显。土壤埋藏实验确认所有薄膜均具有生物降解性，28天后重量损失超过65%。通过使用樱桃番茄（每种处理30个样本）在室温（25 ± 2°C）条件下储存12天来评估其采后保鲜效果。结果表明，添加甲基丁香酚的薄膜显著降低了腐烂率和重量损失，更好地保持了可溶性固形物、可滴定酸度和抗氧化能力（p < 0.05）。这些发现表明甲基丁香酚既能提升薄膜的功能性，又能改善采后保鲜性能，显示出其在可持续活性食品包装应用中的潜力。
引言
对安全、高质量和可持续食品系统的日益增长的需求推动了先进包装技术的发展，这些技术旨在延长食品保质期并减少对环境的影响（Soundara Rajan和Wani，2025）。食品包装不再仅仅作为被动屏障，越来越多地融入了调节水分和气体交换、抑制微生物生长以及减少氧化变质等主动功能，从而在储存和分销过程中保持产品质量（Chan等人，2025；Davidescu等人，2025；Wu等人，2021）。在新鲜农产品包装中，有效的包装必须同时控制水蒸气传递、限制微生物繁殖并减轻氧化应激。这些过程相互关联，共同决定了采后产品的品质保持（Elbehiry等人，2025）。
可生物降解的生物聚合物被视为传统石油基塑料在活性食品包装应用中的有前景的替代品。多糖、蛋白质和脂质等材料具有多种理想特性，包括生物降解性、生物相容性和成膜能力（Amin等人，2021；Cheng等人，2024）。其中，壳聚糖和海藻酸盐因其优异的物理化学性质和内在的生物活性而受到广泛关注（Thambiliyagodage等人，2023；Zhang等人，2023）。壳聚糖（CS）是壳聚糖的去乙酰化衍生物，具有抗菌性、氧气阻隔性能和机械强度，非常适合用于活性食品包装（Barik等人，2024；Jiang等人，2023；Raj，2025；Thambiliyagodage等人，2023）。海藻酸盐（Alg）是从褐藻中提取的多糖，具有出色的成膜和凝胶化性能，与壳聚糖结合后形成的聚电解质复合物具有更好的机械强度、热稳定性和可控的渗透性（Mohammed等人，2023；Xie，2024；Xie等人，2024；Ye等人，2024）。这两种聚合物在壳聚糖-海藻酸盐复合薄膜中的结合增强了薄膜的稳定性、机械强度和阻隔性能，使其成为合成聚合物的有希望的替代品。最近的研究表明，与单一聚合物系统相比，壳聚糖-海藻酸盐复合薄膜在结构-性能关系方面有所改进，尤其是在防潮控制和机械增强方面（Mart?u等人，2019；Nair等人，2020；Orhotohwo等人，2025）。
为了进一步提高性能，经常将天然生物活性化合物掺入生物聚合物基质中。精油及其活性成分因其强大的抗菌和抗氧化特性而被研究。丁香酚（4-烯丙基-2-甲氧基苯酚）是丁香油（Syzygium aromaticum L.）的主要活性成分，在基于壳聚糖的薄膜中得到了广泛研究（Gengatharan和Rahim，2023；Hasheminejad等人，2019）。已知丁香酚可以破坏微生物细胞膜、干扰酶活性并中和自由基。多项研究表明，将丁香酚掺入聚合物薄膜中可以增强抗菌性能，同时对机械强度和阻隔性能产生适度影响（Kowalewska和Majewska-Smolarek，2023；Pleva等人，2021；Talón等人，2019）。然而，某些内在的结构特性可能会限制其在生物聚合物基质中的长期稳定性和性能（Khalil等人，2015）。自由酚羟基的存在增加了其氧化降解的敏感性，并可能在薄膜形成和储存过程中导致更高的挥发性。此外，这种极性官能团可能促进氢键相互作用，但这些作用在聚合物网络中的分布并不均匀，从而可能影响微观结构的均匀性和对水分的敏感性（Charan Raja，2015；Ulanowska和Olas，2021）。因此，尽管丁香酚作为生物活性剂非常有效，但在某些薄膜系统中维持其持续活性和稳定的阻隔性能颇具挑战性。
甲基丁香酚（4-烯丙基-1,2-二甲氧基苯）是一种存在于Myristica fragrans、Rosmarinus officinalis和Acorus tatarinowii等植物中的苯丙素，是精油中的重要成分。它与丁香酚的区别在于酚羟基的甲基化（Chen等人，2024）。尽管这种修饰看似微小，但它可以改变分子的极性、化学稳定性和与聚合物链的相互作用（Barrera-Juca等人，2025）。目前尚不清楚这种结构差异是否会在相同的制备条件下掺入壳聚糖和海藻酸盐基质后导致薄膜性能（如机械强度、防潮能力或持续抗菌性能）的可测量变化。大多数现有研究侧重于配方开发，而非在同一薄膜基质中相关生物活性化合物的直接比较（Chavez等人，2025）。同时，在食品相关材料中使用甲基丁香酚需要谨慎考虑（Eisenreich等人，2021；Nenadis等人，2021a；Zhang等人，2022）。先前的报告指出，当甲基丁香酚天然存在于产品配方中的精油中时，只要其浓度低于规定的监管阈值即可。据估计，人体每日总系统暴露量约为0.03 μg/kg体重，而吸入暴露量则更低，约为0.003 μg/kg体重（Zhang等人，2022）。这些数据表明，受控和有限的暴露是安全性的关键决定因素。因此，甲基丁香酚在活性包装系统中可能具有功能优势，但在食品接触材料中的实际应用必须通过严格的迁移研究、控释评估和符合相关监管标准来支持。本研究重点关注材料的功能性和采后保鲜性能，同时迁移行为和安全性验证被认为是未来工作的关键方向。
因此，本研究旨在直接比较在同一基质和相同加工条件下含有丁香酚和甲基丁香酚的壳聚糖-海藻酸盐复合薄膜。研究目的是评估其机械性能、水蒸气透过率、抗氧化和抗菌活性、生物降解性以及在室温储存条件下对樱桃番茄的保鲜效果。我们假设添加甲基丁香酚将显著提高机械完整性和防潮性能，并增强抗菌和抗氧化效果。此外，这些材料层面的改进有望转化为更好的保鲜效果，包括降低腐烂率、减少重量损失以及更好地保持可溶性固形物和有机酸。
材料
壳聚糖（来自虾壳，实用级，分子量范围190,000–375,000，脱乙酰化程度>75%，化学式（C6H11NO4）n）、海藻酸钠（从褐藻中提取，食品级）、醋酸（冰级，≥99%）、丁香酚（纯度>99%）、甲基丁香酚（纯度>99%）、甘油（纯度>99.5%）和2,2-二苯基-1-吡啶肼（DPPH，≥95%）均购自Sigma-Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯）。本研究中使用的其他所有化学品和溶剂均为分析级。
XRD分析
通过X射线衍射（XRD）研究了添加和未添加丁香酚类化合物的壳聚糖-海藻酸盐复合薄膜的结构组织和结晶度。如先前文献所述，纯壳聚糖薄膜在2θ ≈ 13.5°（020）、21.7°（100）和27.2°（110）处显示出特征性的晶体反射，这些反射对应于壳聚糖链间的和链内的氢键形成的有序晶格平面（Indriyati等人，2021）
结论
本研究证明，将甲基丁香酚掺入壳聚糖-海藻酸盐复合薄膜中显著增强了其结构、功能和生物活性，同时保持了生物降解性。与对照组和含丁香酚的薄膜相比，甲基丁香酚有效降低了薄膜的结晶度，从而提高了拉伸强度，并在刚性和柔韧性之间取得了更好的平衡。此外，添加甲基丁香酚的薄膜表现出更明显的……
CRediT作者贡献声明
Thi Khanh Van Pham：撰写初稿、方法学设计、实验研究、数据分析。
Hoang Anh Thy Do：数据可视化、结果验证、资源管理、实验研究、数据分析。
Ly Khanh Trinh：数据可视化、结果验证、软件使用、实验研究、数据分析。
Duc Tri Luu：撰写修订稿、方法学设计、概念构思。
Long Phuoc Lieu：撰写修订稿、项目管理、方法学设计、实验研究、数据分析。
写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本工作时，作者使用了ChatGPT来改进语言表达和可读性。使用该工具/服务后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对出版物的内容承担全部责任。
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所述的工作。
致谢
我们感谢胡志明市技术大学（HCMUT）和VNU-HCM对本研究的支持。
