利用不同方法制备的纤维素纳米纤维稳定的肉桂精油乳液增强的壳聚糖薄膜，提高新鲜切割的毛竹笋的保鲜效果：一项比较研究

《Food Hydrocolloids》：Enhanced fresh-cut moso bamboo shoot preservation using chitosan films reinforced with cinnamon essential oil emulsion stabilized by cellulose nanofibers prepared by different methods: A comparison

利用幼年柚子残渣通过超声和TEMPO氧化制备两种纤维素纳米纤维（UCNF和TCNF），研究其稳定肉桂精油（CEO）乳液对复合薄膜性能及竹笋保鲜效果的影响。TEMPO氧化处理的TCNF形成更致密纤维网络，显著提升薄膜机械强度、热稳定性和抗菌性能，有效抑制竹笋褐变、酶活性及木质化进程，延长保鲜期达42天。研究为开发可降解包装材料提供新思路。

　　

刘洋|王志红|张伟|陈颖格|王松|洪亮志|曾雷

广东省林业科学院森林培育、保护与利用重点实验室，中国广州510520

摘要

高水分含量和生理活性导致的木质化以及品质劣化仍然是竹笋采后管理中的关键挑战。在本研究中，通过两种方法（超声波处理（UCNF）和TEMPO氧化（TCNF）成功从青柚残渣中提取了纤维素纳米纤维（PCNF）。比较了两种CNF稳定的CEO乳液对壳聚糖（CS）薄膜的增强效果，以及相应的复合薄膜在新鲜切割的莫索竹笋保鲜中的性能。TEM结果证实，UCNF形成的纤维网络更为紧密，这有助于在干态和湿态下获得最高的拉伸强度和杨氏模量，以及最低的氧气透过率，使得该薄膜适合用于包装高水分含量的食品。相比之下，TCNF与CS之间的更强相互作用进一步增强了复合薄膜的耐水性和水蒸气透过性。TCNF的结晶度（73.89%）和乳化能力高于UCNF，从而提高了基于TCNF的薄膜的热稳定性和抗菌性能（尤其是在4°C储存条件下）。此外，复合薄膜有效延长了新鲜切割竹笋片的保质期。TCNF/CEO-CS涂层组表现出最佳的保鲜效果，显著减少了营养成分（如总糖和可溶性糖）的损失，抑制了与褐变相关的酶的活性，并延缓了与木质化相关的纤维素和木质素含量的增加。这些发现不仅证实了CNF稳定乳液在增强基于壳聚糖的薄膜用于竹笋保鲜方面的潜力，还为开发具有不同CNF结构的可生物降解保鲜材料提供了理论指导。

引言

竹笋（Phyllostachys edulis）是从竹（假）根茎的节间生长出来的嫩茎，由于其丰富的营养成分和生物活性化合物而被认为是典型的食药同源资源（Wang等人，2025年）。近年来，其独特的风味、高膳食纤维和低脂含量推动了亚洲市场的快速增长，尤其是随着消费者越来越倾向于选择新鲜切割的竹笋，因为它们更加新鲜和方便（Lei等人，2025年；Liu等人，2023年）。然而，采后竹笋的物理脆弱性、高水分含量和酶活性使其在储存过程中容易发生褐变和微生物污染（Wang等人，2024年）。这些问题导致木质化、腐烂、营养成分降解以及保质期显著缩短，从而降低了商业价值（Wang等人，2025年）。

含有天然活性剂的生物活性包装薄膜已被用于延长蔬菜的保质期。在天然聚合物中，壳聚糖（CS）是一种从甲壳类动物骨骼中提取的水溶性多糖，由于其优异的成膜能力和无毒性，在制备生物包装薄膜方面显示出巨大潜力（Xu等人，2019年）。此外，基于CS的活性复合薄膜已被提出用于通过控制包装微环境中的微生物生长来提高食品安全性。然而，一些商业合成抗菌剂由于长期生物累积毒性和不可逆的健康风险而存在挑战（Yang等人，2025年）。相比之下，天然精油相比合成食品防腐剂具有无污染和安全的优势。其中，肉桂精油（CEO）因其抗氧化和广谱抗菌活性而特别值得关注。许多文献报道将CEO作为抗菌剂引入壳聚糖包装薄膜中以保存食品（Mishra等人，2023年；Zhang等人，2023年）。然而，其低水溶性、化学不稳定性和在薄膜中的快速挥发和释放限制了其食品保鲜效果（Hanan等人，2024年）。为了解决这些问题，通过O/W Pickering乳液技术开发了一种预包封策略，以改善CEO在壳聚糖基质中的分散性和相容性，确保持续的抗菌活性（Pandita等人，2024年）。研究表明，乳化剂的优异乳化能力是实现高抗菌性能的关键前提条件（Mikulcova等人，2016年）。

生物质衍生的纤维素纳米纤维（CNF）颗粒由于其高长宽比和易于表面改性而成为Pickering乳液的高效稳定剂（Chevalier等人，2024年；Li等人，2020年；Pirozzi等人，2021年；Zhong等人，2025年）。先前的研究探讨了使用CNF稳定的CEO乳液作为增强剂来增强壳聚糖薄膜的机械和抗菌性能（Dai等人，2025年；Sreekanth等人，2024年）。然而，未经改性的CNF有限的乳化性能不可避免地限制了其抗菌效果。Qin等人（2023年）报告称，通过羧化改性的CNF稳定CEO乳液的稳定性显著提高，其在明胶薄膜中的精油释放效果优于未经改性的CNF。CNF的结构及其与薄膜组分的相互作用对薄膜的最终物理化学性质和应用效果至关重要。然而，不同CNF结构对膜物理和化学性质相关性的影响仍不清楚。此外，目前还没有研究关注相同来源的CNF稳定精油在改性前后对薄膜性质和保鲜效果的影响。

青柚果实是柚子种植和疏果过程中的副产品，由于其富含纤维素的残渣，成为生产CNF的有希望的来源（Ouyang等人，2023年）。其利用符合“农业废弃物替代塑料倡议”（Gontard等人，2018年；Selvam等人，2025年）。在本研究中，分别通过超声波处理和TEMPO氧化从青柚残渣中制备了不同结构的CNF。所得CNF被用于稳定CEO Pickering乳液，随后将其掺入壳聚糖基质中制备复合薄膜。使用简单的配方设计并制备了两种完全“绿色”的壳聚糖包装薄膜，无需额外的交联剂。系统研究了CNF结构对CEO乳液稳定性的影响，以及不同CNF稳定乳液对薄膜的物理化学结构、热稳定性、耐水性、阻隔性能和抗菌性能的影响。此外，还评估了不同复合薄膜在储存过程中对新鲜切割莫索竹笋的质量、水分含量、酶活性和营养成分的影响。本文旨在提供实用有效的策略，以开发适用于竹笋采后保鲜的高性能包装材料，并为使用可生物降解包装系统支持可持续发展提供指导。

材料与化学品

从中国广东梅州农业林业科学院获得了不含柚皮苷的干燥青柚残渣（Citrus maxima (Burm.) Merr. cv. Meizhou Yu）。肉桂精油（CEO）购自中国广东云浮的鲁定丹竹香料有限公司。降解果胶和半纤维素的复合酶由中国广东广州的梦正德洗衣产品厂提供。壳聚糖（CS，脱乙酰度（DAC，≥85%），分子量=

PCNF的形态

形态观察（图2b和图S1）显示，两种类型的PCNF都具有特征性的丝状形态，最大长度超过2 μm。AFM观察（图S1）表明PCNF样品由两种纳米纤维组成，一种较粗，一种较细。粗纤维和细纤维的宽度分别约为44 nm和3 nm，高度分别约为15 nm和2 nm。TEM图像（图2b）提供了更详细的视图：纤维直径分布不均，

结论

在本研究中，分别使用UCNF或TCNF（均来自青柚残渣）稳定的肉桂精油（CEO）乳液成功掺入了基于壳聚糖（CS）的薄膜系统中。比较分析显示，两种复合薄膜各自具有不同的优势：UCNF/CEO-CS薄膜表现出更好的机械性能和最低的氧气透过率。TCNF/CEO-CS薄膜则表现出更好的热稳定性、耐水性和

CRediT作者贡献声明

张伟：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。陈颖格：数据管理。刘洋：撰写 – 原稿撰写，方法学研究，数据管理，概念构思。王志红：方法学研究，数据管理。曾雷：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法学研究，资金获取，概念构思。王松：方法学研究，数据管理。洪亮志：方法学研究，数据管理

未引用参考文献

Liu等人，2022年；Liu等人，2023年；Wang等人，2021年；Wang等人，2023年；Wang等人，2025年。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了广东省科学技术规划项目（2026A0203010025、2026WDZC-LKY04、2025WDZC-LKY02）、广东省森林培育、保护与利用重点实验室的人才培养项目（SPU2025-09）以及国家自然科学基金（21774035）的财政支持。