《Meat Science》：Synergistic inhibition of lipid and protein oxidation in refrigerated pork by a chitosan-based composite film incorporated with ZnO and lysine-modified walnut melanin
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本研究通过溶剂铸造法制备了壳聚糖/氧化锌/改性核桃花黑色素（L-WFM）三元复合薄膜，探究其结构和性能。结果表明，L-WFM含量为0.02%时，薄膜综合性能最优，具有显著提升的机械强度、防水性、UV阻隔及抗氧化（DPPH和ABTS清除率分别为77.36%、75.08%）和抗菌能力，使冷藏猪肉保质期延长5天，同时保持良好生物降解性。
梁文辉|李博超|周青|袁宇飞|陈佳楠|刘佳|宋晓辉|李泽珍|王宇|狄建兵
山西农业大学食品科学与工程学院，中国太谷030801
摘要
本研究旨在开发一种可生物降解的活性薄膜，以应对石油基塑料所带来的环境和健康挑战，并满足食品保鲜的迫切需求。采用溶剂浇铸法制备了载有赖氨酸修饰核桃花黑色素（L-WFM）和ZnO的壳聚糖（CS）基薄膜（CS/ZnO/L-WFM）。通过ATR-FTIR、TG-DSC、XRD和SEM对薄膜进行了表征，以确定其官能团、热稳定性、晶体结构和表面形态。进一步研究了薄膜的物理性能、阻隔性能、抗氧化性能和抗菌性能，并评估了其在冷藏猪肉保鲜中的应用效果。结果表明，ZnO和L-WFM主要通过氢键结合到CS基体中。这种相互作用有效地使薄膜表面更加光滑致密，同时显著提高了薄膜的热稳定性和结晶度。在各种配方中，CS/ZnO/L-WFM-2（含有0.02%的L-WFM）在机械强度、防水性、紫外线阻隔性、抗氧化性（DPPH自由基清除率为77.36%，ABTS自由基清除率为75.08%）和抗菌性能方面表现出最佳平衡；而将L-WFM含量进一步增加到0.03%（CS/ZnO/L-WFM-3）并未带来显著改善，因为界面相互作用和功能效果已达到饱和。此外，优化后的薄膜还表现出优异的生物降解性，有效延缓了冷藏猪肉中的微生物生长、脂质和蛋白质氧化，使其保质期延长了5天。总之，本研究制备的CS/ZnO/L-WFM-2多功能可生物降解包装薄膜在肉类保鲜和环境可持续性方面具有广泛的应用前景。
引言
源自石油的塑料在农业和食品包装领域得到了广泛应用。这主要是由于其经济优势、可制造性以及优异的机械性能和阻隔性能（Niu等人，2025年）。然而，这些塑料难以生物降解，导致其在生态系统中的积累和渗透，最终对生物群落和人类健康构成严重威胁。这一问题凸显了其可持续性和安全性的紧迫性（Upadhyay等人，2024年）。在这种背景下，天然多糖生物聚合物如壳聚糖、魔芋葡甘露聚糖、卡拉胶和海藻酸钠作为传统石油基包装材料的替代品应运而生，因为它们具有生物降解性、优异的成膜性能和生物相容性，更符合循环经济的可持续发展目标（Li等人，2025年；Li等人，2025年；Xu等人，2025年）。因此，天然活性包装薄膜为食品包装的商业化应用提供了新的发展机遇，而有效减轻环境压力和控制食品污染仍是食品包装领域需要解决的关键问题。
在这些天然多糖中，壳聚糖（CS）是一种非常有前景的食品保鲜成膜基质，因为它具有天然的抗菌活性（Niu等人，2025年；Wang等人，2025年；Li等人，2025年）。然而，纯CS薄膜存在一些固有的局限性，如机械强度不足、亲水性高以及对氧气和紫外线的阻隔性能差，这限制了其在保鲜易腐食品（如新鲜猪肉）中的实际应用（Wang等人，2025年；Wang等人，2025年；Wang等人，2025年；Wang等人，2025年）。因此，当前的研究重点是将CS与其他具有互补性能的天然生物聚合物混合，以开发出具有更好防水性、更强机械强度和优异紫外线阻隔性能的复合薄膜（Fan等人，2025年；Upadhyay等人，2024年）。
作为典型的易腐肉制品，新鲜猪肉在冷藏储存过程中容易变质，使其成为评估基于CS的复合包装薄膜实际应用效果的理想对象（Fan等人，2025年；Upadhyay等人，2024年）。冷藏猪肉的变质主要由三个相互关联的因素驱动：微生物生长、脂质氧化和蛋白质氧化（Niu等人，2025年；Wang等人，2025年；Wang等人，2025年；Wang等人，2025年；Wang等人，2025年；Wang等人，2025年）。为了同时应对这些挑战，需要采用多功能复合包装策略。特别是，优异的抗氧化和抗菌性能对于食品包装薄膜至关重要，因为它们可以有效延缓食品氧化并抑制微生物繁殖（Zheng等人，2024年）。
氧化锌纳米颗粒（ZnO）被监管机构认定为一般安全物质（GRAS），具有强大的抗菌活性，可以增强生物聚合物薄膜的机械性能和防潮性能（Li等人，2025年；Li等人，2025年）。同时，紫外线防护也是食品包装薄膜的另一个关键要求，因为它可以有效抑制食品中的光诱导光氧化过程（例如脂质氧化和颜色变暗），从而延长食品的保质期并保持其感官和营养价值（Huang等人，2024年）。值得注意的是，我们在之前的研究中制备的赖氨酸修饰核桃花黑色素（L-WFM）表现出良好的物理化学性质（如稳定性和溶解性）和功能活性（抗氧化和抗菌），表明其作为包装材料的天然功能性填充剂的潜力（Liang等人，2025年）。然而，将ZnO和L-WFM结合到CS基体中以同时抑制猪肉中的关键变质途径的协同效应尚未得到充分探索。基于以上考虑，我们假设将L-WFM（用于增强紫外线屏蔽和抗氧化能力）和ZnO（用于强大的抗菌活性）整合到CS基体中，将产生比单组分复合薄膜性能更好的复合薄膜。
本工作的创新之处在于首次开发了一种三元CS/ZnO/L-WFM复合薄膜，该薄膜协同利用了各组分的优势。通过溶剂浇铸法制备了这些薄膜，并使用ATR-FTIR、TG-DSC、XRD和SEM对其结构进行了表征。全面评估了它们的物理性能、机械性能、阻隔性能、紫外线屏蔽性能、抗氧化性能和抗菌性能。此外，还通过监测一系列质量指标（新鲜度参数（pH值、总活菌数（TVC）、总挥发性碱性氮（TVB-N））、脂质氧化（硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）和蛋白质氧化指标（羰基含量、总巯基含量、肌纤维碎片指数、TCA可溶性肽））系统评估了其在冷藏猪肉保鲜中的效果。这种多指标方法允许全面评估薄膜延长猪肉保质期的能力。所得复合薄膜表现出显著的紫外线-可见光阻隔能力和有效的抗菌活性。这项研究不仅为高性能、防水多糖材料的设计提供了新的见解，还为可降解活性包装在肉类保鲜中的应用奠定了理论和实践基础。
材料与试剂
本研究中使用的Juglans regia“Jinlong 1”品种的核桃花来自中国山西省晋中市左权县的核桃树。l-赖氨酸、壳聚糖（CS，脱乙酰度≥95%，分子量=320,000 Da）、ZnO、DPPH和ABTS由中国上海的Yuanye Biotechnology有限公司提供。大肠杆菌和金黄色葡萄球菌来自食品科学与工程学院的生物工程实验室。
ATR-FTIR分析
CS、CS/ZnO、CS/ZnO/L-WFM-1、CS/ZnO/L-WFM-2和CS/ZnO/L-WFM-3薄膜的ATR-FTIR光谱如图1A所示。所有薄膜均显示了CS的特征吸收峰。约3267 cm
?1处的宽峰归因于O
H和N
H基团的伸缩振动（Zhang等人，2025年）。与纯CS薄膜相比，复合薄膜（CS/ZnO和CS/ZnO/L-WFM系列）中的这一峰变得更宽且波数更低。这种移动和宽化是由于
结论
本研究成功制备了一种基于CS、ZnO和L-WFM的新型三元复合活性包装薄膜。这些薄膜通过氢键形成了致密的网络，显著提高了薄膜的热稳定性、结晶度、阻隔性能和机械强度。加入L-WFM（优化含量为0.02%）是实现优异的紫外线屏蔽效果、抗氧化性能（DPPH自由基清除率为77.36%，ABTS自由基清除率为75.08%）和抗菌性能的关键。
作者贡献声明
梁文辉：撰写——原始草案、研究、数据分析、概念构思。李博超：验证、方法学、数据管理。周青：方法学、研究、概念构思。袁宇飞：数据分析。陈佳楠：方法学。刘佳：研究。宋晓辉：数据管理。李泽珍：验证。王宇：撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。狄建兵：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、概念构思。
资助
本研究得到了山西省重点研发计划（202102140601017）和山西农业大学左权核桃产业研究院地方合作项目（XDHZZQY2024–01）的支持。
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的研究结果。
