《Food Hydrocolloids》：Preparation and Application of a Sustained and Unidirectional Release Active Gelatin-Sodium Alginate/Zein Janus Film
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核桃保鲜活性Janus膜开发及其性能研究。通过明胶-钠alginate/zein异质结构薄膜负载肉桂醛-鞣酸纳米乳液，实现双向水分调控与高效抑菌。薄膜外部阻隔水分渗透（WVP 1.49×10?? gPa?1s?1m?1），内部吸收呼吸水分，协同缓释肉桂醛（180h持续释放）。实验表明该膜使核桃腐烂率降低20.34%，MDA含量减少9.68%，酸值和过氧化物值分别下降25.21%和7.99%。其氢键网络结构稳定，兼具机械性能与抗菌功能，为功能性食品包装提供新方案。
牛本（Ben Niu）|刘银能（Yineng Liu）|刘瑞玲（Ruiling Liu）|方向军（Xiangjun Fang）|吴伟杰（Weijie Wu）|陈航军（Hangjun Chen）|童川（Chuan Tong）|陈慧志（Huizhi Chen）|高海燕（Haiyan Gao）
浙江省智能食品物流与加工重点实验室，农业农村部果树采后处理重点实验室，蔬菜采后保鲜与加工重点实验室（省部共建），中国轻工业协会食品科学研究院，浙江省农业科学院，杭州310021，中国
摘要：
新鲜核桃极易受到微生物污染和氧化褐变的影响，这主要是由于其较高的水分和脂肪含量。为了解决这一问题，研究人员开发了一种具有活性的Janus薄膜（C薄膜），该薄膜由明胶-海藻酸钠和玉米醇溶蛋白制成。这种薄膜具备可持续的单向防潮屏障和抑菌性能。C薄膜中的活性成分是肉桂醛（CIN）。在单宁酸纳米乳液（CIN-Tas）中，肉桂醛的包封效率达到了94.8%。形态分析显示，CIN-Tas与明胶之间存在氢键作用，但并未显著改变薄膜的结构。含有CIN-Tas的Janus薄膜表现出更强的热稳定性、抗氧化能力和机械性能。其水蒸气透过率（WVP）分别为4.23×10^-7和1.49×10^-7 gPa^-1 s^-1 m^-1，既能阻挡外部水分侵入，又能吸收内部水分。CIN负载的薄膜具有抗菌活性（对Penicillium cynodontis的抑制圈为3.19厘米，对Penicillium citrinum的抑制圈为4.77厘米）。肉桂醛的释放遵循Korsmeyer-Peppas模型，释放效果可持续180小时。使用C薄膜包装的新鲜核桃在储存实验中表现出显著的保鲜效果：腐烂速率降低了20.34%，丙二醛（MDA）含量减少了9.68%；酸值（AV）和过氧化物值（POV）分别降低了25.21%和7.99%。这些结果表明，这种包装技术能有效抑制微生物生长并保持储存环境的湿度，从而延长核桃的新鲜度，具有延长食品保质期的潜力。
引言
新鲜核桃（Juglans regia L.）因其富含脂肪、蛋白质、维生素和矿物质而备受推崇，其营养价值和风味优于干核桃（C. Chen等人，2025年）。最新研究还揭示了它们多样的生物活性，包括抗氧化、神经保护和抗癌作用（D. Liu、Yiting和Ma，2023年）。然而，由于水分和脂肪含量较高，新鲜核桃在室温下容易变质，保质期仅约为采后2-3天（D. Zhang等人，2023年）。因此，开发兼具单向防潮屏障和强效抗菌性能的可持续Janus结构材料至关重要。
Janus结构的特点是在相对的两个表面上具有不同的化学组成或形态（Kirillova等人，2019年；Ma等人，2023年），这使得多种功能可以在一个方向性系统中集成（Wang等人，2022年）。尽管这类材料在医用敷料（Zhou等人，2023年）、防护装备（Xia等人，2024年）和肉类保鲜（Zhu等人，2024年）中的应用日益广泛，但在新鲜农产品包装领域的应用仍然有限。在本研究中，通过加入肉桂醛-单宁酸纳米乳液（CIN-Tas），开发了一种明胶-海藻酸钠/玉米醇溶蛋白Janus薄膜。其中，内层明胶-海藻酸钠层用于调控果实呼吸产生的水分，同时持续释放CIN-TAs以抑制微生物生长。这种协同设计有效控制了储存和物流过程中新鲜核桃的质量下降。
环境可持续性是现代包装材料的重要要求。明胶（Gel）作为动物工业的副产品，因其出色的成膜能力、生物降解性和气体阻隔性能而被广泛使用。然而，为了提高其韧性，通常会加入海藻酸钠（SA）作为增强剂（Deng等人，2018年）。相比之下，玉米醇溶蛋白（GRAS认证）因其疏水性和优异的水蒸气阻隔性能而备受重视（Xin等人，2020年；Zhou & Wang，2021年）。尽管这些材料提供了坚实的结构基础，但传统的混合薄膜往往缺乏必要的抗菌和抗氧化性能（He等人，2024年）。为此，将肉桂醛引入薄膜基质中，以赋予其所需的性能和湿度调节能力。
肉桂醛（CIN）是一种疏水性芳香醛，也是肉桂油的主要成分（Otoni等人，2014年）。单宁酸（TA）是一种植物来源的多酚，具有强大的抗氧化和抗炎作用，这归功于其丰富的酚羟基（Sicong Chen等人，2022年）。尽管肉桂醛效果显著，但由于其水溶性低、稳定性差和挥发性高，实际应用受到限制（Yildiz、Kilic、Durgun和Uyar，2019年）。为了解决这些问题，肉桂醛被制成纳米颗粒（Vahedikia等人，2019年）或纳米乳液（H. Chen等人，2016年）用于包装材料。在本研究中，使用单宁酸作为天然可食用乳化剂替代合成表面活性剂制备CIN-Tas（Z. Li等人，2022年）。通过将这些纳米乳液封装在明胶-海藻酸钠层中，既解决了肉桂醛的稳定性问题，又提升了Janus薄膜的整体性能。
尽管活性包装技术取得了进展，但传统的核桃包装材料（通常由均匀的聚合物混合物制成，如Chen等人 và Sheng等人开发的配方）仍面临外部防潮与内部湿度调节之间的矛盾。虽然疏水性涂层能有效阻挡外部水分侵入，但往往会因捕获果实呼吸产生的水分而引发“表面出汗”现象，从而加速真菌生长。此外，这些混合薄膜中活性成分的非定向释放导致功能成分过早耗尽和快速失效。
为了解决这些难题，本研究开发了一种具有单向防潮屏障和抗菌性能的可持续Janus结构薄膜——明胶-海藻酸钠/玉米醇溶蛋白Janus薄膜，用于新鲜核桃的保鲜。该薄膜的特性通过形态观察、ATR-FTIR分析、XRD图谱、热稳定性、机械性能、抗氧化能力和抗菌效果进行了评估，并研究了其在新鲜核桃保鲜中的潜在应用。
材料
明胶（Bloom值为250；分子量约为100 kDa）和肉桂醛（纯度99%）购自中国上海的Aladdin生化科技有限公司。海藻酸钠（CP级，粘度200 ± 20 mPa·s）、单宁酸（纯度98%）和无水乙醇（试剂级）则来自同地的Meilun生物科技有限公司。玉米醇溶蛋白（BR级，纯度92%）购自余衍生物技术有限公司。
CIN-Tas的设计与表征
如图1A所示，随着肉桂醛含量的增加，纳米乳液的颜色从透明变为乳白色。这一变化表明，即使不使用表面活性剂，肉桂醛和单宁酸也能自发形成乳液体系，这得益于单宁酸中丰富的羟基与肉桂醛之间的氢键作用（Sun等人，2022年）。图1B显示了不同肉桂醛含量下纳米乳液的平均粒径和粒径分布（PDI）。
结论
本研究开发了一种基于明胶-海藻酸钠/玉米醇溶蛋白的可持续抗菌Janus薄膜，用于新鲜核桃的保鲜。肉桂醛-单宁酸纳米乳液成功被封装在明胶基质中并形成了氢键。虽然添加肉桂醛-单宁酸纳米乳液后薄膜的化学结构基本保持不变，但其热稳定性、表面疏水性和抗菌/抗氧化性能得到了显著提升。
CRediT作者贡献声明
高海燕（Haiyan Gao）：撰写、审稿与编辑、概念构思。陈慧志（Huizhi Chen）：撰写、审稿与编辑、概念构思。陈航军（Hangjun Chen）：方法论研究。刘银能（Yineng Liu）：撰写、初稿撰写、实验研究。牛本（Ben Niu）：撰写、初稿撰写、实验研究。童川（Chuan Tong）：方法论研究。吴伟杰（Weijie Wu）：方法论研究。方向军（Xiangjun Fang）：实验研究。刘瑞玲（Ruiling Liu）：实验研究
未引用参考文献
Chen等人，2018年；Chen等人，2022年；Han等人，2018年；Zhang等人，2022年。
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。
致谢
我们感谢浙江省重点研发计划（2024C04022）和中国国家重点研发计划（2024YFD2100101）的财政支持。
