硒修饰的Bletilla striata多糖对UVB损伤皮肤的修复作用及其机制：基于动物实验和生化分析

《International Journal of Biological Macromolecules》：The repairing effects and mechanism of selenium-modified Bletilla striata polysaccharides on UVB-damaged skin: Based on animal experiments and biochemical analyses

基于壳聚糖和普鲁兰的复合涂层通过自由基接枝法引入表没食子酸，形成具有抗氧化和抗菌双重功能的新型生物涂层，显著提升涂层机械强度（4.95MPa）和阻隔性能，使草莓等水果保质期延长7-9天。

　　

王海华|姚建霞|侯颖|刘卓娅|杨东

陕西科技大学，化学与化学工程学院，学府路，渭阳区，西安，陕西省，710021，中国

摘要

开发环保且多功能的可食用涂层对于减少易腐水果的采后损失至关重要。因此，本文设计了一种基于壳聚糖（CS）和普鲁兰（PUL）基体的新型复合涂层，并通过自由基接枝合成了没食子酸接枝壳聚糖（GS）共聚物来增强其性能。GS共聚物作为多功能交联剂，主要通过氢键在CS-PUL基体（CP）内部建立了密集的分子网络，这一点通过结构表征得到了证实。这种分子层面的相互作用显著提高了涂层的机械强度（拉伸应力=4.95 MPa，断裂伸长率=121.21%）和阻隔性能。壳聚糖/普鲁兰-没食子酸接枝壳聚糖（CP-GS）涂层可通过喷涂或浸渍方式应用，表现出显著的抗氧化活性，在25°C、50%相对湿度条件下可清除97.8%的DPPH自由基；该涂层显著减少了重量损失，延缓了可滴定酸度的下降，并有效抑制了微生物生长，从而使果品的保质期延长了7至9天。本研究突显了分子接枝在设计先进生物基涂层方面的有效性，为使用生物大分子进行水果保鲜提供了一种有前景的策略。

引言

根据联合国粮食及农业组织（FAO）的数据，全球近三分之一的食品产量被损失或浪费，其中高达45%的水果和蔬菜因储存条件不当而被丢弃[1]。大约40%的损失发生在采后到零售前的阶段，这不仅加剧了与饥饿和营养不良相关的全球问题，还导致了严重的资源消耗和环境负担[2]。易腐水果和蔬菜在采后处理、储存和运输过程中由于持续的生理代谢和微生物污染而极易变质，从而导致保质期显著缩短[3]。因此，在储存和运输过程中保持新鲜度对于减少食品损失至关重要。虽然传统的保鲜方法（如冷藏、蜡涂层和化学防腐剂）被广泛使用，但它们往往会影响产品的感官质量并带来环境风险[4]、[5]、[6]、[7]。因此，迫切需要开发高效的功能性涂层技术来延长农产品的保质期并减少食品浪费[8]。在这种情况下，由生物相容性材料制成的可食用涂层为解决这些挑战提供了非常有前景的解决方案[9]、[10]。

最近的研究表明，由生物相容性材料制成的可食用涂层是一种安全且环保的延长食品寿命的方法[11]、[12]、[13]。这些涂层通过减少呼吸代谢、最小化水分损失、延缓质地软化和减缓微生物引起的老化来有效对抗采后劣化[14]。水果表面可以覆盖由生物相容性聚合物（如多糖[15]（例如壳聚糖、纤维素、海藻酸钠）、蛋白质[16]、[17]（例如明胶、玉米醇溶蛋白、乳清蛋白）和脂质[17]、[18]、[19]（例如脂肪酸、蜡）制成的半透膜，这些膜作为选择性屏障控制气体交换并防止微生物侵入。然而，单组分涂层通常存在机械强度不足、粘附性差、抗菌和抗氧化性能不足以及潜在的致敏性等缺点。最近的研究越来越多地关注添加功能性添加剂（如精油[20]、纳米颗粒[21]、[22]、[23]和多酚[24]、[25]化合物），以解决这些限制并改善涂层的物理、化学和生物特性[26]。这一趋势凸显了向环保、无污染和技术先进的食品包装材料转型的趋势。

壳聚糖（CS）是一种通过碱脱乙酰化甲壳动物外骨骼中的几丁质获得的阳离子多糖。它经济实惠、储量丰富、无毒、可生物降解、生物相容性强，并具有优异的成膜性能，使其成为石油基包装材料的可持续替代品[27]。然而，纯壳聚糖涂层存在韧性差、脆性高和粘附性不足等局限性，限制了其在可食用涂层系统中的广泛应用。普鲁兰（PUL）是一种由α-D-葡萄糖单元通过糖苷键连接而成的胞外微生物多糖[28]。由于其无毒、不吸湿、不致突变和不致癌的特性，被认为适合人类食用。凭借出色的机械性能、粘附性、粘度、抗氧化活性、可生物降解性和成膜能力，它是食品级涂层的有希望的候选材料[29]、[30]。将CS和PUL结合成壳聚糖-普鲁兰涂层（CP）通过特定的强分子相互作用（主要是氢键和静电吸引）增强了成膜性能和阻隔性能，有助于在水果和蔬菜表面形成均匀稳定的薄膜[31]、[32]、[33]。这些复合涂层有效调节内部微环境并减少呼吸作用，从而延缓食品变质。然而，它们在减轻水果和蔬菜的氧化损伤和老化过程中的效果有限。最近的研究表明，多糖可以作为功能性成分的有效载体[34]。通过将多酚化合物共价或非共价结合到CS的分子链上，可以生成具有多酚功能的功能性聚合物[35]、[36]、[37]。没食子酸（GA）是一种研究广泛的多酚化合物，具有独特的邻苯三酚结构基团。其分子结构包含多个酚羟基，能够参与多种分子间相互作用，如氢键、配位键和π-π堆叠[38]。苯环上的三个相邻酚羟基通过氢原子捐赠有效清除自由基，而共轭系统稳定了产生的自由基中间体，从而抑制氧化过程中的链传播并提供强大的抗氧化能力[39]。此外，GA还能破坏微生物细胞膜，释放细胞内物质，并结合关键金属离子以阻碍重要的酶功能。这种对细菌代谢途径的破坏产生了显著的抗菌效果[40]。因此，GA已成为食品保鲜应用中的一种有前景的材料。

本研究旨在开发一种基于CP系统的可食用、抗菌和抗氧化复合涂层，以有效延长水果的保质期。为此，通过自由基接枝将GA接枝到CS的氨基和羟基上，得到了水溶性的多酚功能化共聚物（没食子酸接枝壳聚糖，GS）。然后将GS共聚物掺入CP中形成最终的CP-GS涂层，GS显著增强了抗菌和抗氧化性能，而PUL进一步改善了阻隔性能和良好的粘附特性。通过比较CP-GS涂层与未改性CS涂层和CP涂层的抗氧化、抗菌和机械性能，系统评估了GS掺入的效果。通过在受控条件（25°C，50%相对湿度）下对草莓、蓝莓和葡萄进行储存实验，进一步评估了保鲜效果。综合结果表明，CP-GS涂层是一种非常有前景且可行的水果保鲜解决方案，如图1所示。

材料与试剂

壳聚糖（200 kDa，80%脱乙酰化）、普鲁兰（99%纯度）、没食子酸、甘油、乙酸（99.5%）、柠檬酸、L-抗坏血酸（L-AA）、H₂O₂和透析袋（14 kDa）购自上海麦克林生化技术有限公司。其他化学品，包括2,2′-偶氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（ABTS）、2-联苯-1-吡啶羟基（DPPH）和三氯乙酸，均为分析级，购自上海阿拉丁生物技术有限公司。新鲜水果来自...

GA接枝CS共聚物和CP-GS涂层的结构表征

通过接枝效率测量、FTIR光谱和XRD分析确认了GA接枝到CS上形成了GS共聚物。首先，共聚物中的GA含量为103.65 μg GAE/mg（图S1），表明其负载能力很高。该接枝过程的机理是通过包含Vc-H₂O₂的氧化还原系统启动的[39]。在此系统中，抗坏血酸在H₂O₂的存在下发生氧化转化，生成...

结论

通过使用抗坏血酸/H₂O₂氧化还原引发的自由基反应将没食子酸接枝到壳聚糖上，开发出一种新型的壳聚糖-普鲁兰生物活性防腐剂，获得了具有双重抗菌和抗氧化性能的GS共聚物。这种改性显著增强了壳聚糖的抗氧化和抗菌性能，同时保留了没食子酸的天然抗氧化活性。FTIR分析证实了没食子酸 –COO^?与壳聚糖 –NH?

CRediT作者贡献声明

王海华：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金获取。姚建霞：撰写 – 原稿，软件，资源，方法论，研究，正式分析，概念化。侯颖：研究。刘卓娅：研究。杨东：撰写 – 审稿与编辑，监督，软件，资源，研究，正式分析。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者衷心感谢国家自然科学基金（编号：21978164、22078189、22105120）；陕西省重点研发计划-核心技术攻关项目（编号：2024SF2-GJHX-19）；陕西省科技创新“科学家+工程师”团队（编号：2024QCY-KXY-127）；陕西省教育厅重点科研计划（编号：24JR038）；榆林市科技规划项目（编号：2024-CXY-155）。