《Food Research International》：Hydrogen bond network–driven sustained-release antibacterial films of cinnamaldehyde microcapsules for the preservation of dried tofu
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本研究采用复合凝聚法制备肉桂醛微胶囊（CAMs），并将其与大豆壳纳米纤维素（SHNC）、聚乙烯醇（PVA）和普鲁兰多糖（PUL）复合成薄膜。结果表明，添加2% CAMs的复合薄膜机械强度提升至26.94±2.02 MPa，对假单胞菌抑制率达96.03%，显著延长干豆腐保质期至20天，同时改善热稳定性和阻隔性能。
宁 张 | 王 琳娜 | 潘 华颖 | 张 福明 | 王 生楠 | 白 萍 | 张 光晨 | 刘 和
渤海大学食品科学与工程学院，中国辽宁省锦州市 121013
摘要
富含高质量蛋白质的豆制品由于具有较高的水分活度特性，其保质期较短。本研究采用豆壳纳米纤维素（SHNC）、聚乙烯醇（PVA）和普鲁兰（PUL）作为复合基质，制备了含有肉桂醛微胶囊（CAMs）的缓释抗菌复合膜，用于干豆腐的保鲜。通过使用明胶-阿拉伯胶作为壁材的复合凝聚技术，制备出包封效率为70.53%的CAMs。通过溶液浇铸法将不同含量的CAMs（0.5%、1%、2%和3%（w/w）添加到SHNC薄膜中。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析证实，肉桂醛成功嵌入CAMs中，并通过氢键与复合膜基质交联形成致密的网络结构。扫描电子显微镜显示，CAMs良好地整合到复合膜基质中，未形成孔洞或裂纹。物理性能测试表明，添加2%（w/w）CAMs后，复合膜的机械强度显著提高（拉伸强度从13.79 ± 1.67 MPa增加到26.94 ± 2.02 MPa；P < 0.05），其疏水性（接触角从25.7° ± 1.6°增加到68.3° ± 1.6°）、热稳定性和紫外线阻隔性能也得到改善。CAMs复合膜（CAMs-film）通过抑制能量代谢、降解细胞成分和代谢中间产物以及破坏次级代谢，显著抑制了Pseudomonas fragi的繁殖（抑制率96.03%，P < 0.05）。含有2% CAMs的复合膜可将干豆腐的保质期延长至4°C下的20天。作为一种新型环保包装材料，本研究开发的CAMs-film能够有效延长易腐食品的保质期，为可持续食品包装的发展提供了解决方案。
引言
豆制品长期以来一直是 Chinese 饮食中的主食（Wang 等，2020）。干豆腐是一种常见的豆腐形式，富含蛋白质、脂质、维生素和异黄酮等必需营养素（Zheng 等，2020）。这些生物活性成分在维持人体正常生理功能中起着重要作用。从营养角度来看，将豆腐纳入均衡饮食有助于预防慢性代谢疾病，包括心血管疾病、高血压、糖尿病和高脂血症（Li 等，2020）。然而，作为一种高水分、高蛋白的食品，豆腐在储存和运输过程中容易因微生物作用和光照降解而变质，因此保质期相对较短（Wang, Deng 等，2024）。为了延长豆制品的保质期，已采用真空包装、改性气氛包装、辐照保鲜、大气压冷等离子体和等离子体活化水等方法来抑制蛋白质氧化、脂质氧化和腐败菌的生长。然而，这些方法的保鲜效果有限，最大保质期仅为15天（Frias 等，2020；Maurya 等，2018；Zanardi 等，2017）。
近年来，复合膜作为一种有前景的豆制品保鲜解决方案应运而生（Madihalli 等，2024）。为了实现保鲜，在产品表面或内部通过物理或化学方法形成功能性保护层。这种屏障能有效阻挡氧气、水分和微生物侵入，同时调节产品与其外部环境之间的物质交换（Heo 等，2025；Wang, Xu 等，2024），从而保持产品质量并延长保质期。一些可生物降解和环保的大分子物质，如普鲁兰多糖（PUL）、纳米纤维素（Li 等，2024；Xu 等，2021；Xu 等，2023）和聚乙烯醇（PVA），已被广泛用作成膜基质（Mannai 等，2025；Wang, Wang 等，2025；Zou 等，2025）。然而，这些材料的抗菌和保鲜效果有限。因此，将天然抗氧化剂和抗菌剂（如肉桂精油（Chen, Deng 等，2025）、百里香精油、牛至精油（OEO）和丁香精油）掺入复合膜中用于食品保鲜已成为研究热点（Ying 等，2024）。肉桂精油的核心成分肉桂醛（CA）对多种微生物具有抗菌活性（Chen 等，2022；Tang 等，2024）。由于其天然来源、低毒性和良好的食品安全性，CA已被美国食品药品监督管理局正式列为公认安全物质（Falleh 等，2020）。然而，作为一种疏水性化合物，CA难以在水性食品系统中均匀分散。此外，其低热稳定性、强烈气味和高挥发性限制了其在食品保鲜中的应用。为了解决这些问题，人们通过微囊化将肉桂精油封装在合适的壁材中（Xie, Sameen 等，2025）。这种方法有效降低了挥发性，赋予了控释特性，并增强了热稳定性和抗氧化性能，从而克服了其在食品保鲜应用中的关键限制（Wang, Li 等，2025）。例如，Xu 等（2025）使用壳聚糖作为壁材封装OEO，并将所得微胶囊掺入TiO2改性的PVA薄膜中。利用紫外线（UV）照射增强了OEO微胶囊的缓释性能和抗菌活性。这种UV响应性活性膜系统将鸡胸肉的保质期延长了至少2天。此外，Chen 等（2024）使用氧化细菌纤维素、壳聚糖和阿拉伯胶封装了肉桂精油，显著提高了精油的热稳定性和抗菌活性，将肉制品的保质期从4天延长至约10天。因此，开发的精油微胶囊表现出优异的物理化学性能和抗菌活性，突显了微囊化对精油活性成分的保护优势及其在活性包装膜应用中的潜力。
在本研究中，使用明胶-阿拉伯胶作为复合壁材，通过复合凝聚技术制备了肉桂醛微胶囊（CAMs），随后通过真空冷冻干燥将其嵌入豆壳纳米纤维素（SHNC）-PUL–PVA薄膜基质中，制备出具有缓释功能的活性复合膜。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和热重分析（TGA）对不同CAMs含量的复合膜进行了表征，以研究成膜基质与CAMs之间的相互作用。此外，还测定了薄膜的机械性能、紫外线（UV）阻隔性能和水蒸气阻隔性能，并分析了CAMs在复合膜中的缓释行为及其抗菌活性。通过对干豆腐进行保鲜测试，评估了CAMs-film的保鲜能力和潜在抗菌机制。
材料
豆壳纳米纤维素按照我们实验室之前的方法制备（Yu, Yang 等，2024；Zhang, Yang, Pan 等，2025）。聚乙烯醇由上海阿拉丁试剂公司（中国上海）提供。普鲁兰多糖、明胶和阿拉伯胶（分子量：2×105 Da）从万邦化学技术有限公司（中国河南）购买。肉桂醛从江西森海植物油有限公司购买。干豆腐从Biyoute购买
制备过程和机制
CAMs-film的制备和成膜机制如图1所示。CAMs是通过带正电的明胶与带负电的阿拉伯胶之间的静电相互作用形成复合物，然后封装肉桂醛（CA）获得的。为了提高CAMs的稳定性，引入了转谷氨酰胺酶（TGase）来催化明胶分子中谷氨酰胺残基的γ-羧酰胺基团与赖氨酸残基的ε-氨基团之间的交联
结论
使用复合凝聚技术制备了含有肉桂醛的明胶-阿拉伯胶微胶囊，然后通过溶液浇铸法制备了缓释抗菌复合膜。结构表征证实了CAMs与复合膜基质之间形成了氢键。此外，添加CAMs显著改善了复合膜的机械性能、热稳定性、疏水性、阻隔性能和缓释性能。
作者贡献声明
宁 张：撰写 – 原始稿、软件、方法学、数据管理。王 琳娜：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原始稿、方法学、概念构思。潘 华颖：软件、数据管理。张 福明：软件、数据管理。王 生楠：软件、资源准备。白 萍：软件、资源准备。张 光晨：软件、资源准备。刘 和：监督、资源准备、概念构思。
未引用的参考文献
Mustapha, Zoughaib, Ghaddar 和 Ghali, 2020
利益冲突声明
作者声明没有可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了辽宁省博士启动基金（编号2025-BS-0819）和渤海大学研究生创新基金项目（YJC2025-028）的支持。
