开发含有肉桂精油的OSA（N, O）酰化壳聚糖可食用涂层，用于草莓保鲜

本研究通过OSA（一种FDA批准的亲脂性改性剂）对脱乙酰度不同的甲壳素进行酰化改性，系统探究酰化程度与甲壳素亲脂性及表面润湿性的关系。结果表明OSA改性可显著提高甲壳素亲脂性（接触角达118°），降低结晶度，增强肉桂精油包封能力。改性后的OSA-甲壳素涂层在草莓保鲜中表现出优异的抑菌效果和持效性，有效抑制微生物生长和重量损失，为开发新型生物可降解食品涂层提供了理论依据和实践方案。

　　

张世奇|周廷义|冷俊才|姜涵|童彦军|杨瑞金

中国江苏省无锡市江南大学食品科学与技术学院食品科学与资源国家重点实验室，214122

摘要

基于壳聚糖（CS）的涂层是一种可持续且可生物降解的替代品，可用于减少易腐水果的采后损失。然而，由于壳聚糖经历了广泛的脱乙酰化作用，其亲水性较高，这限制了其封装和稳定疏水性抗菌剂（如精油）的能力，从而影响了其在食品保存中的实际性能。在本研究中，我们系统地探讨了脱乙酰化程度与壳聚糖疏水性之间的关系，以及不同烷基链长度的脂肪酸酐对表面润湿性的影响。经FDA批准使用的疏水性改性剂辛烯基琥珀酸酐（OSA）被确定为增强壳聚糖功能的最佳酰化剂。通过水相N,O-酰化反应将OSA接枝到壳聚糖上，得到了具有可调取代度（DS）的OSA-CS衍生物。通过¹H-NMR、FTIR和XPS分析确认了OSA基团的成功共价结合。与未改性的壳聚糖相比，OSA-CS表现出显著更高的接触角（高达118°）、较低的结晶度（约9%），以及对肉桂精油（CEO）更好的界面和乳化性能。这种改性聚合物自组装成稳定的凝胶，并形成具有优异屏障性、机械性能和生物相容性的透明薄膜。当负载CEO时，OSA-CS涂层表现出更强的乳液稳定性和抗菌效果，有效抑制了草莓在常温储存过程中的微生物生长和重量损失。总体而言，本工作表明OSA酰化提供了一种调节壳聚糖疏水性的多功能策略，为开发基于壳聚糖的可食用涂层以延长新鲜农产品的保质期提供了有前景且实用的平台。

引言

水果和蔬菜的新鲜度是其口感和商业价值的关键决定因素，而由腐败引起的资源损失仍是一个全球性挑战。据报道，保质期较短的高易腐食品的年损失率超过40%（Cui等人，2024年）。这种恶化主要源于收获、包装和运输过程中的氧化、机械损伤和微生物污染，尤其是在水分和糖分含量较高的品种中更为明显，如草莓和香蕉（Xu等人，2025年）。据估计，全球每年有高达5亿吨的水果和蔬菜被浪费，导致巨大的经济损失（Feng等人，2025年）。因此，开发有效的保鲜技术以延长新鲜农产品的保质期并减少食物浪费具有重要意义。

新鲜农产品的腐败与微生物生长和呼吸作用引起的氧化损伤密切相关。为了抑制微生物繁殖并延长水果和蔬菜的保质期，传统的策略包括使用化学防腐剂、冷藏和塑料包装膜（F. Liu等人，2024年）。尽管这些方法在某种程度上有效，但它们引发了关于生物安全性、高成本和生态可持续性的担忧。近年来，从蛋白质和多糖等可再生资源中提取的生物基薄膜作为石油基塑料的替代品，引起了食品保鲜研究中的越来越多的关注（Feng等人，2025年）。这些薄膜作为农产品与外部环境之间的保护屏障，减少了水蒸气和氧气的传递，同时保护水果和蔬菜免受物理损伤、环境污染物、害虫和微生物污染（Bora, Kalita, Mary, & Roy, 2025年）。这有助于延长保质期、保持感官特性和可获取性（Chavan等人，2023年）。(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖（壳聚糖，CS）是一种从几丁质脱乙酰化得到的天然聚合物。作为一种线性多糖，它具有良好的成膜能力和生物相容性，能够形成透明且均匀的涂层。这些特性使壳聚糖成为保护水果和蔬菜的理想生物基涂层材料（Hu等人，2023年；P. Ma等人，2024年）。

此外，可食用涂层的抗菌活性通常是通过添加功能性成分来实现的。尽管这些添加剂的作用机制各不相同，但它们显著延长了水果和蔬菜的保质期。例如，天然多酚提取物如白藜芦醇具有抗菌、抗炎和抗氧化作用（Hu等人，2023年）。溶菌酶具有天然的杀菌活性（Feng等人，2025年）。阳离子剂如聚乙烯亚胺能有效抑制微生物生长（F. Liu等人，2024年；Yang等人，2025年）。醛类和各种精油（包括牛至油、丁香油、罗勒油、肉桂油和百里香油）以及单体成分（如丁香酚、香芹酚、百里酚、肉桂醛和薄荷醇）对食品病原体表现出强大的抗菌效果和强大的抗氧化能力（M. Liu等人，2024年；Wen等人，2025年）。最近，许多研究集中在将肉桂精油（CEO）以乳液或纳米颗粒的形式掺入食品包装或涂层系统中。这种策略有助于减轻CEO的挥发性和氧化不稳定性，同时改善其分散性和稳定性，从而最大化其防腐效果（W. Zhang等人，2023年）。然而，植物精油的复杂成分带来了挑战。例如，CEO主要由萜烯、芳香化合物和小分子烷烃组成，这些成分都具有疏水性、易挥发、易氧化且在水中溶解度低的特点。这些内在特性导致其与亲水性多糖基薄膜的兼容性较差，难以实现稳定高效的封装（W. Zhang, Jiang, Rhim, Cao, & Jiang, 2022年）。特别是当使用脱乙酰化壳聚糖作为涂层基底时，其分子链上引入的大量亲水基团不仅阻碍了其将精油稳定封装到乳液中的能力，还降低了其耐水性（Nie等人，2024年）。因此，这些限制阻碍了CEO和壳聚糖在食品保鲜应用中的有效利用。

在本研究中，我们首先探讨了壳聚糖中的乙酰含量与其疏水性能之间的关系（图S1）。在此基础上，我们系统地研究了不同链长度的脂肪酸基团对壳聚糖的影响，重点关注疏水性、膨胀行为、透明度、取代度和微观结构等参数。最终，选择辛烯基琥珀酸酐（OSA）作为酰化剂，引入丰富的疏水基团，从而增强了壳聚糖的疏水性，提高了其对CEO的负载能力，并使其能够应用于水果保鲜（图1）。作为一种安全的疏水性改性剂，OSA已获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，并因其良好的反应性和生物相容性而被广泛用于多糖的结构修饰和疏水化（Ridella等人，2024年）。进一步对OSA改性的壳聚糖进行了分子结构、微观形态、流变行为、生物安全性和乳化性能的表征。这项工作不仅为壳聚糖的疏水改性提供了新的参考，还为解决易腐水果的保鲜问题开发了一种具有巨大潜力的生物相容性涂层。

材料

几丁质（C804531）、壳聚糖和辛烯基琥珀酸酐（OSA，O822472）购自上海Macklin生化有限公司。使用了不同脱乙酰化程度（DD）和分子量（MW）的壳聚糖样品：DD 95%（C766421，50-60 kDa）、DD 90%（C916461，200 kDa）、DD 80%（C915934，500 kDa）、DD 70%（C915936，1000 kDa）和DD 50%（C909959，>1000 kDa）。戊酸酐（Pen，M40280）、己酸酐（Hex，M10205）、庚酸酐（Hep，M39755）等。

几丁质脱乙酰化与其疏水性之间的关系

几丁质可以通过脱蛋白和脱矿从甲壳类动物壳废料（如虾壳和蟹壳）中获得。随后通过碱性脱乙酰化得到壳聚糖，这是一种β-(1,4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖（GlcN）和N-乙酰-D-葡萄糖胺（GlcNAc）的线性共聚物。GlcNAc残基带有疏水性乙酰基（-COCH₃），而GlcN单元由于含有氨基（-NH₂）而具有亲水性。

壳聚糖因其出色的成膜能力而广受认可，

结论

在这项工作中，我们首先研究了壳聚糖分子中的乙酰含量与其疏水性能之间的关系，并进一步探讨了不同链长度的脂肪酸酐的酰化效应。结果表明，乙酰含量与疏水性之间存在正相关关系，随着取代链长度的增加，疏水性逐渐增强，当侧链包含八个碳原子时达到最大值（接触角为137.29°）

作者贡献声明

杨瑞金：监督、资源获取、资金筹措。童彦军：软件、方法学。周廷义：软件、方法学。张世奇：写作——审稿与编辑、初稿撰写、数据管理。姜涵：软件、方法学。冷俊才：实验研究、数据管理

未引用的参考文献

Li等人，2022年；Liu等人，2024年；Ma等人，2024年。

利益冲突声明

作者声明他们没有可能影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

利益冲突声明

作者声明他们没有可能影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。