含有葡萄柚精油微胶囊的活性壳聚糖/海藻酸/C-CNF吸水垫，用于保藏毛尾鱼（Trichiurus haumela）

《Food Chemistry》：Active chitosan/alginate/C-CNF absorbent pads with grapefruit essential oil microcapsules for hairtail ( Trichiurus haumela) preservation

葡萄柚精油微胶囊（GEOMs）被引入壳聚糖/海藻酸钠/羧基纤维素纳米纤维（CS/SA/C-CNF）基质中，制备出兼具吸水与抗菌功能的保鲜垫，有效抑制鲭鱼冷藏期间微生物生长和脂质氧化，延长保质期至8天。

　　

邓浩云|陈梦诗|孙畅|张斌|邓尚贵|郭晓晓|陈静

浙江海洋大学食品与药学院，中国舟山316022

摘要

通过将葡萄柚精油微胶囊（GEOMs；0–2 μM）结合到壳聚糖/海藻酸钠/羧基化纤维素纳米纤维（CS/SA/C-CNF）基质中，制备了一种具有吸水功能的保鲜垫，用于控制滴液损失并保护冷藏的带鱼（Trichiurus haumela）。研究了该材料的结构、理化和生物活性特性。扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证了CS/SA/C-CNF网络中GEOMs的稳定嵌入；热重分析（TGA）显示加入GEOMs后材料的热稳定性没有下降。随着GEOMs含量的增加，保鲜垫的厚度从3.72毫米增加到4.66毫米，硬度从255.69克/平方厘米降低到115.37克/平方厘米，而弹性变化不大。GEOMs增强了材料的抗氧化能力和抗菌活性，尤其是对大肠杆菌的抑制作用。在4°C下储存的带鱼中，含有2 μM GEOMs的保鲜垫减少了滴液损失，延缓了品质下降，并在第8天之前将总挥发性氮（TVB-N）保持在规定限值以下。总体而言，负载GEOMs的CS/SA/C-CNF保鲜垫结合了吸水性和活性保护功能，是海鲜及其他易腐水产品的理想生物基包装材料。

引言

易腐食品（如海鲜和肉类）在储存过程中通常会经历滴液损失，这为微生物生长提供了有利环境，加速了产品变质（Chi等人，2025年）。尽管传统的吸水包装材料可以捕获部分滴液，但其在高滴液负荷下的液体吸收和保持能力有限，仍存在潜在风险。在储存和运输过程中，机械应力或渗透压不平衡可能导致富含细菌的滴液重新回到食品表面，从而引发二次微生物污染（Huang等人，2024年）。因此，迫切需要开发创新的吸水保鲜包装材料来解决这一问题，确保易腐食品的质量。

由于石油基塑料具有不可替代的功能性和经济优势，长期以来在包装行业中占据主导地位（Wu等人，2025年）。然而，其环境残留物的生态毒性促使人们迫切寻求新一代可生物降解、可持续且适用于多种应用场景的包装材料。在这种情况下，基于壳聚糖（CS）和海藻酸钠（SA）的生物多糖系统被广泛用于制备气凝胶和食品包装用吸水垫。壳聚糖（CS）因其可生物降解性、优异的成膜能力和良好的生物相容性以及显著的抗菌性能而成为一种非常有前景的可持续材料（Zannou等人，2025年）。其天然丰富性和低成本进一步提升了其在食品包装中的应用价值（Olunusi等人，2025年）。然而，CS中的氨基和羟基使其机械强度较弱，而低亲水性限制了其吸水能力。海藻酸钠（SA）是一种从褐藻中提取的阴离子多糖，由β-D-甘露糖醛酸（M）和α-L-古洛糖醛酸（G）单元通过糖苷键连接而成，这些结构特征赋予了其稳定性、生物相容性和亲水性（Shah等人，2025年）。因此，将SA与CS交联以增强保鲜垫的吸水能力。尽管这些生物聚合物具有显著优势，但其相对较低的机械强度和阻隔性能限制了其在包装行业的广泛应用。随着纳米技术的进步，纤维素纳米纤维（CNFs）受到了越来越多的关注，为包装材料提供了潜在解决方案。通过羧基化处理的羧基化纤维素纳米纤维（C-CNFs）尺寸更小，粘度更高，机械强度更强，水溶性更好（Liu等人，2025年）。这些纳米纤维结合了亲水性的羟基和疏水性的烷基链，以其出色的机械性能和可生物降解性而著称。因此，将C-CNFs引入该体系中以增强吸水保鲜垫的机械性能并克服其应用限制（Wang, Qin等人，2025年；Zhao等人，2024年）。这种含有壳聚糖/海藻酸钠/羧基化纤维素纳米纤维（CS/SA/C-CNFs）的保鲜垫在可持续包装应用中显示出巨大潜力。

活性包装系统通过将抗菌剂融入聚合物基质中来抑制食源性病原体，保持产品质量和安全性（Huang等人，2025年）。植物精油是具有良好抗菌和抗氧化活性的挥发性次级代谢产物，在食品保鲜中得到广泛应用（Bhavaniramya等人，2019年）。葡萄柚精油（GEO）主要从葡萄柚皮中提取，含有萜类化合物，尤其是单萜类如d-柠檬烯及其氧化衍生物。美国食品药品监督管理局（FDA）认为其安全（GRAS），并报告其具有广泛的生物活性，包括对食源性腐败和致病菌的强抑制作用，以及有效延长鱼类产品的保质期（Yumnam等人，2023年）。然而，其高挥发性和环境敏感性可能导致储存过程中快速降解和活性丧失，限制了其在包装中的直接应用（Dudeja等人，2023年）。为提高稳定性并实现可控释放，开发了多种封装技术，其中使用生物聚合物壁材料的微胶囊化技术尤为吸引人，因其良好的生物相容性、可生物降解性和可调的理化性质（Nabi等人，2025年）。在本研究中，将壳聚糖作为壁材料的葡萄柚精油微胶囊（GEOMs）结合到CS/SA/C-CNFs吸水保鲜垫中，赋予其抗氧化和抗菌功能，从而获得适用于带鱼的活性包装系统。

本研究开发了一种多功能吸水保鲜垫，以克服传统吸水包装的局限性。该垫由CS/SA/C-CNF基质组成，提高了吸水性和机械性能；同时加入GEOMs作为活性成分，提供抗菌和抗氧化功能。采用冷冻干燥法制备该材料，形成了高度多孔的结构，有利于快速吸收渗出物和可控释放活性化合物。系统研究了GEOMs含量对复合垫结构特性、理化性质、抗菌效果和抗氧化能力的影响。此外，通过4°C下冷藏储存带鱼（Trichiurus haumela）的实验验证了该吸水保鲜垫的实际性能，评估了其抑制微生物生长、延缓脂质氧化和延长保质期的能力。结果表明，基于CS/SA/C-CNFs的生物复合材料是环保、功能性的食品包装材料。这些发现还为天然聚合物和植物提取活性剂的整合提供了新的见解，有助于开发下一代活性包装系统。

材料

壳聚糖（CS，脱乙酰度85–90%）和硫酸钾购自中国上海的中医药化学试剂有限公司；海藻酸钠（SA，分析纯度级，纯度90%）和羧基化纤维素纳米纤维（C-CNFs，羧基含量1.2 mmol/g；直径4–10 nm；长度约200 nm；以6%（w/v）的水分散液形式提供）购自中国上海的Shanghai Macklin生化有限公司。葡萄柚精油（GEO）购自……

微观结构分析

使用扫描电子显微镜（SEM）观察了吸水保鲜垫的表面和横截面结构（图1）。未添加葡萄柚精油微胶囊（GEOMs）的保鲜垫（0 M）表面相对光滑且致密，横截面显示出由壳聚糖（CS）、海藻酸钠（SA）和羧基化纤维素纳米纤维（C-CNFs）交联形成的均匀有序的多孔网络。在低GEOMs含量（0.5 M）下，表面存在孤立的空隙和轻微……

结论

本研究采用冷冻干燥技术，成功制备了一种由壳聚糖（CS）、海藻酸钠（SA）和羧基化纤维素纳米纤维（C-CNFs）组成的吸水保鲜垫。通过添加不同浓度的葡萄柚精油微胶囊（GEOMs）来提升其保鲜性能。扫描电子显微镜观察发现，未添加GEOMs的保鲜垫表面光滑，横截面具有均匀有序的多孔结构……

作者贡献声明

邓浩云：撰写——初稿，实验设计，数据管理。陈梦诗：数据可视化，验证，数据管理。孙畅：软件开发，资源调配，方法论制定，概念构思。张斌：项目监督，资源协调，资金筹集。邓尚贵：项目监督，资源调配，项目管理。郭晓晓：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，概念构思。陈静：撰写——审稿与编辑，项目监督，资源协调，资金筹集。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文工作的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（2021YFD2100504）和浙江省教育厅科研经费（Y202354054）的支持。