双功能活性包装系统：抗菌释放与二氧化碳清除协同延长圣女果保鲜期

《Journal of Food Measurement and Characterization》：A dual-feature active packaging: Antimicrobial release and CO? scavenging for fresh produce preservation

为了应对鲜食农产品因呼吸作用、微生物侵染及CO2积累等多重腐败因素导致的保质期短、品质劣变等挑战，研究人员开展了一项整合抗菌释放与二氧化碳（CO2）清除功能的双功能活性包装研究。结果表明，该系统能有效抑制真菌滋生、延缓硬度下降、调控CO2水平，显著延长圣女果贮藏期至40天，为开发多功能集成保鲜技术提供了新策略。

　　

想象一下，一颗颗鲜红欲滴的圣女果，从采摘到摆上货架，再到进入消费者的果盘，这短短的路程却是一场与时间赛跑的保鲜之战。它们娇嫩多汁，新陈代谢旺盛，一边呼吸产生二氧化碳（CO₂），一边为伺机而动的霉菌和酵母菌提供了温床。传统的单一功能保鲜技术，无论是吸收乙烯还是涂覆抗菌涂层，往往顾此失彼，难以应对这多重腐败因素的“联合进攻”。尤其是在密闭的包装环境中，果实自身呼吸产生的CO₂不断累积，若超出其耐受阈值，反而会引发组织损伤、异味产生，加速品质劣变。因此，开发一种能同时应对微生物侵染和CO₂胁迫的“组合拳”式保鲜策略，对于减少产后损失、保障食品安全与品质至关重要。

发表在《Journal of Food Measurement and Characterization》上的一项研究，正是针对这一挑战提出了创新性解决方案。研究人员设计并评估了一种集抗菌释放与CO₂清除于一体的双功能活性包装系统，并以圣女果为模型，系统探究了其在长达40天冷藏（7°C，51%相对湿度）条件下的保鲜效果。这项研究不仅验证了协同作用的有效性，还为鲜食农产品的保鲜技术提供了新的思路和实践依据。

为开展这项研究，作者主要运用了几项关键技术。首先，通过共沉淀法制备了β-环糊精（βCD）分别包埋芳樟醇（Lin）和乙酸丁香酚酯（EA）的两种抗菌缓释复合物。其次，利用支链聚乙烯亚胺（PEI）作为高效的CO₂清除剂，通过简单的物理共混，分别与上述两种抗菌复合物结合，制成了双功能添加剂。研究以马来西亚彭亨州农场的圣女果为实验对象，设置了包含空白对照、单独抗菌、单独CO₂清除以及抗菌+CO₂清除的不同处理组，并将活性添加剂封装于小袋中置于包装内。在40天的贮藏期内，研究人员定期评估了果实失重率、真菌发病率、硬度（通过质地分析仪测定）、溶解CO₂含量（通过滴定法测定）、pH值以及总可溶性固形物（TSS）等一系列关键品质指标的变化。

研究结果通过一系列详实的数据和图表揭示了双功能系统的卓越性能。在重量损失方面，所有处理组在整个贮藏期的累计失重均小于2%，处于可接受范围内。其中，EA-PEI（乙酸丁香酚酯-聚乙烯亚胺）处理在贮藏后期（第25至40天）表现出色，其重量损失趋于稳定，最终在40天时失重率最低，显示出最佳的保水能力。

在真菌发病率上，活性包装的抑菌效果极为显著。空白对照组在第25天首次出现肉眼可见的霉变（4%），而活性处理则最多可推迟真菌发生长达15天。特别值得一提的是，EA-PEI处理在整个40天的贮藏期内完全阻止了真菌生长，实现了“零霉变”的优异效果。

硬度是衡量果实口感与品质的关键指标。研究发现，不同添加剂在不同贮藏阶段对硬度的保持效果各异。基于Lin的处理（Lin， Lin-PEI）在短期贮藏（前14天）内能更好地维持果实硬度，这可能得益于Lin分子量较小、释放较快。而对于长期贮藏，EA-PEI组合表现更佳，特别是在贮藏后期（第25至40天），它能有效缓冲果实硬度的急剧下降，保持较好的质地。

关于CO₂积累，研究揭示了其与果实硬度之间存在着有趣的负相关关系。活性处理（尤其是含有PEI的处理）能更快地使包装内环境达到CO₂平衡，并有效控制其过量积累。数据分析表明，当每包装内溶解的CO₂总量≤0.17克时，有利于果实硬度的保持。空白对照组在贮藏早期（第4、7天）较高的CO₂水平对应了其显著较低的硬度，这证实了过量CO₂对果实组织结构的潜在损害。

最后，在pH与总可溶性固形物（TSS）方面，所有处理组的TSS在整个贮藏期保持相对稳定，而pH值则随着有机酸在呼吸作用中被消耗而缓慢上升。这些变化均处于圣女果正常的生理变化范围内，表明活性添加剂并未对果实的基本风味和化学品质产生负面影响。

综上所述，本研究通过整合抗菌（基于βCD包埋的Lin或EA）与CO₂清除（PEI）功能，成功开发并验证了一种高效的双功能活性包装系统。研究结论清晰指出：1. 协同增效：EA与PEI的组合（EA-PEI）表现最优，在长期贮藏中能同时稳定失重、完全抑制真菌生长、并有效保持果实硬度。2. 功能互补：Lin基系统更适合短期保鲜，而EA基系统（尤其与PEI联用）在长期贮藏中优势明显。3. 关键阈值：明确了溶解CO₂含量≤0.17克/包装是维持圣女果硬度的有利阈值，为包装设计提供了量化依据。4. 机制关联：揭示了CO₂积累与硬度下降、以及硬度保持与真菌抑制之间的内在联系，表明维持组织完整性是抵御微生物入侵的重要屏障。

这项研究的重要意义在于，它突破了传统活性包装仅针对单一腐败因子的局限，通过“抗菌+调气”的双重策略，更全面地模拟并干预了鲜食农产品采后的复杂劣变过程。它不仅为圣女果，也为其他呼吸旺盛、对CO₂敏感的水果蔬菜的保鲜提供了可借鉴的技术方案和理论指导，对减少粮食损耗、延长货架期、提升农产品附加值具有重要的实践价值。