开发了一种改良的壳聚糖涂层，该涂层具有更强的附着性能，能够更好地附着在水果表面，并且具有抗真菌孢子的作用，从而有助于水果的保鲜

本研究开发了一种基于壳聚糖的多功能涂层，通过接枝鞣酸和硬脂酸增强水果保存效果。涂层附着力是未修饰壳聚糖的1.8倍，接触角109°，氧气渗透率降低超30%，具有显著抗氧化性和抗真菌孢子粘附能力，使樱桃番茄腐烂率从95%降至37.5%，且完全可降解且安全。

　　

梁丽文|边晓春|杜海宇|文永强|朱竹

北京科技大学化学与生物工程学院，北京，100083，中国

摘要

本研究通过将单宁酸（TA）和硬脂酸（SA）接枝到壳聚糖（CS）上，开发出一种多功能涂层，以增强水果的保鲜效果。CS-TA-SA共轭物通过自由基偶联和碳二亚胺偶联方法合成。在测试的各种配方中，CS-TA-SA_0.75表现出最佳性能，其粘附强度约为未改性壳聚糖的1.8倍，并具有疏水性，水接触角为109°。该涂层形成均匀稳定的薄膜，具有优异的润湿性，在高湿度下膨胀减少，气体阻隔性能显著提高，氧气透过率降低了30%以上。此外，该涂层还具有显著的抗氧化活性，能有效减少酶促褐变并清除自由基。重要的是，它对常见的采后病原体真菌孢子具有抗粘附作用，对Botrytis cinerea的抗粘附率约为86%。这一特性显著降低了樱桃番茄的真菌定殖和腐烂率，处理后的腐烂率降至37.5%，而未处理组为95%；同样，蓝莓也有类似效果。生物降解性测试表明，该涂层在21天内可完全降解于土壤中，细胞毒性实验显示其具有优异的生物相容性，低浓度下细胞存活率超过100%。总体而言，CS-TA-SA涂层结合了增强的粘附性、抗氧化能力和抗真菌孢子粘附性，为延长新鲜农产品的保质期和品质提供了有前景、安全且可持续的解决方案。

引言

由于水果的固有生物特性，它们是非常易腐烂的商品。尽管水果具有天然的保护性表皮层，但仍然容易受到多种因素的影响而迅速变质，包括氧化过程、脱水、呼吸作用和生理老化以及真菌感染（Jung等人，2020年）。这些降解机制极大地限制了水果的采后保质期并加速了其腐烂。据估计，每年约有50%的田间种植的水果因变质而被丢弃（Springmann等人，2018年）。因此，开发有效的保鲜技术变得至关重要，以缓解这些挑战，延长水果产品的保质期，并最终减少全球食物浪费。

自功能性涂层技术最初应用于水果保鲜以来，它已成为一种有前景的方法。最初的可食用薄膜的出现是为了应对减少采后损失的迫切需求，利用了生物聚合物在水果表面形成保护屏障的固有能力（Kester & Fennema，1986年）。几十年来，这一领域取得了显著进展：早期的可食用薄膜主要关注保湿和简单的物理保护（Baldwin等人，1995年），而现代配方则结合了多种功能成分（如多酚、精油、纳米颗粒），以赋予抗菌、抗氧化和气体阻隔性能（Arroyo等人，2020年；Haghighi等人，2019年；Hu等人，2023年）。在各种材料中，壳聚糖（CS）特别适合用于涂层，因为它无毒、成膜性能优异且具有内在的抗菌活性（Cazón等人，2017年）。然而，CS涂层在采后保鲜中的实际应用仍受到界面问题的限制。具体来说，CS涂层与水果表面之间的分子粘附力较弱，导致溶液快速流失和薄膜形成不完全（Zhang等人，2025年；Zhou, Bai等人，2023年）。此外，酸性CS溶液在疏水性水果角质层上的润湿性不足，导致沉积不均匀和层状不连续（Feng等人，2025年；Zhou等人，2024年）。这些综合缺陷最终影响了涂层的屏障性能，限制了其保鲜效果。

为了解决这些限制，研究人员从贻贝的粘附机制中获得了灵感。这些生物通过分泌贻贝粘附蛋白（MAPs）实现对多种表面的牢固粘附，其中儿茶酚基团通过氢键、配位和π-π堆叠等协同作用介导强烈的界面结合（Hu等人，2024年；Priemel等人，2021年）。这种受生物启发的方法通过接枝儿茶酚基团成功增强了基于多糖的涂层在水果表面的粘附强度和润湿性（Huang等人，2023年；Lee等人，2025年；Zhou, Bai等人，2023年）。然而，这些改性涂层也带来了新的挑战。它们固有的亲水性在高湿度下会导致过度膨胀，影响结构完整性。更严重的是，亲水表面促进了水分在水果-涂层界面的吸收和滞留，创造了有利于空气传播的真菌孢子粘附和萌发的微环境（Ma等人，2025年），从而加速了病原体的定殖和采后腐烂。迄今为止，文献中关于同时减轻这种亲水改性导致的真菌孢子粘附增加的策略仍有很大空白。设计出既能牢固粘附在水果表面又能抵抗孢子附着的涂层尚未得到充分探索。为了解决这些未解决的问题，我们假设将儿茶酚（用于增强粘附）和疏水基团（用于抗孢子粘附）同时引入亲水壳聚糖中，将协同推进可食用薄膜技术在水果保鲜中的应用。

在本研究中，含有儿茶酚基团的单宁酸（TA）和具有疏水特性的长链饱和脂肪酸硬脂酸（SA）通过自由基和碳二亚胺偶联方法依次接枝到壳聚糖上。所得的CS-TA-SA涂层通过浇铸方法制备。系统评估了这些涂层在水果表面的粘附能力和抗真菌孢子粘附性。此外，还全面评估了涂层的气体阻隔性能、抗氧化活性、生物降解性和生物相容性。最后，通过使用人工接种了Botrytis cinerea的蓝莓和樱桃番茄验证了这些涂层的有效性。

本研究的关键创新在于通过依次接枝单宁酸和硬脂酸对壳聚糖进行协同双重改性，同时解决了水果涂层技术中的两个关键问题：对疏水性水果表面的粘附力弱和亲水涂层上真菌孢子粘附增强。与单一改性方法不同，TA提供了儿茶酚基团，以实现多维界面相互作用，从而增强水果粘附；而SA引入了疏水的长链烷基基团，以减少水分滞留和真菌孢子粘附。这种集成设计赋予了CS-TA-SA涂层全面的性能。据我们所知，这是首份通过TA/SA双重接枝整合这些协同性能的壳聚糖基涂层报告，为水果保鲜提供了实用且可持续的解决方案。

材料

壳聚糖（CS，脱乙酰度=90%，分子量=200 kDa，CAS编号9012-76-4）、硬脂酸（SA）、抗坏血酸（AsA）、1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐（EDC）、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）、2,2-二苯基-1-吡啶肼（DPPH）和2,2′-偶氮双(3-乙基-苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐（ABTS）均购自Macklin Biochemical Co., Ltd.（中国）。过氧化氢（H₂O₂）购自Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.（中国）。单宁酸（TA）

CS-TA-SA的合成与表征

CS-TA共轭物是通过自由基接枝技术制备的，该技术以其环保性和成本效益而受到认可（Zhang等人，2023年）。在反应体系中，抗坏血酸与过氧化氢反应生成抗坏血酸自由基，后者与壳聚糖反应生成壳聚糖大自由基。然后通过醚键或碳-氮（C-N）键将TA单体接枝到壳聚糖上（图1a）（Liu等人，2018年）。在初步实验中，一系列

结论

本研究通过使用自由基和EDC/NHS偶联方法，将单宁酸（TA）和硬脂酸（SA）接枝到壳聚糖（CS）上，成功开发出一种多功能涂层。所得CS-TA涂层的主要优势在于它解决了强粘附性和抗微生物粘附性之间的固有矛盾。与受贻贝粘附启发的传统亲水涂层不同，后者在高湿度下往往促进真菌孢子的附着

CRediT作者贡献声明

梁丽文：撰写——原始草稿、可视化、方法论、研究、数据分析、概念化。边晓春：可视化、方法论。杜海宇：验证、数据分析。文永强：监督、项目管理、资金获取。朱竹：撰写——审阅与编辑、监督、资金获取。

符合伦理要求

无需伦理批准。

利益冲突声明

所有作者均已批准手稿的最终版本，并声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（编号32472413、52273120）、中央高校基本科研业务费、北京科技大学以及山东先进材料与绿色制造实验室（烟台）科学基金（编号AMGM2023F04）的支持。