一种基于含有原花青素的麦醇溶蛋白纳米颗粒的防水双层膜，用于解冻牛肉的保鲜

《Food Chemistry》：A water-resistant bilayer film based on gliadin nanoparticles loaded with Pycnogenol for the preservation of thawed beef

本研究开发了一种新型双层水阻性薄膜，内层整合ASKG和含Pycnogenol的谷蛋白纳米颗粒，外层为壳聚糖与明胶混合物。实验表明，该薄膜具有优异的机械性能和水、氧阻性，可有效抑制thawed牛肉的水分流失、氧化及异味，延长保质期，为食品包装提供新方案。

　　

乔江山|张敏|阿伦·S·穆朱姆达尔|雷春燕

江南大学食品科学与工程学院，国家重点食品科学技术实验室，中国江苏省无锡市214122

摘要

牛肉产品的保存，特别是解冻后的牛肉，由于腐败微生物的快速生长和氧化过程，面临着重大挑战。本研究介绍了一种新型的防水双层膜。活性内层由Artemisia sphaerocephala Krasch胶（ASKG）组成，其中嵌入了负载了Pycnogenol（PGNPs）的麦醇溶蛋白纳米颗粒，并将其涂覆在由壳聚糖和明胶混合制成的预成型薄膜上。与单层薄膜相比，双层薄膜表现出显著提高的物理性能。该薄膜的拉伸强度为13.22 MPa，断裂伸长率为204.99%。更重要的是，它具有优异的阻隔性能，水蒸气透过率为11.14 × 10^?10 g·m^?1·s^?1·Pa^?1，氧气透过率为3.26 × 10^?9 g·mm·m^?2·s^?1·Pa^?1。当应用于冷藏储存中的解冻牛肉时，这种双层膜能有效抑制品质恶化。主要改进包括抑制水分流失、外观变化、蛋白质和脂肪氧化以及气味变化。这些结果表明，双层膜是解冻牛肉保存的一个非常有前景的解决方案。

引言

冷冻牛肉由于抑制了细胞内的微生物生长和生化反应，具有更长的保质期和便于运输的优点，在全球肉类进出口贸易中发挥着重要作用（Yang等人，2024年）。然而，冻融过程会对肉质产生负面影响，包括降低持水能力和加速脂质和蛋白质氧化（Yu等人，2024年）。这些变化使得解冻牛肉更容易受到微生物活动和酶的作用，导致严重的水分流失（Skorpilova等人，2019年）。因此，未经处理的解冻牛肉通常会迅速变质，保质期大大缩短。肉质变质不仅会导致营养价值损失和感官上的不良变化，还会严重影响食用质量和消费者接受度，直接关系到食品安全和人类健康（Qiao等人，2024年）。因此，解冻牛肉的保存技术是肉类加工行业中的一个重要问题。

目前，主流的商业食品包装材料，如聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS）等基于石油的聚合物，通常存在环境问题、功能被动以及缺乏针对性的活性保鲜能力（Hu等人，2025年）。玻璃纸被认为是一种有吸引力和可持续的薄膜，但由于使用了硫化碳和烧碱等有毒化学物质，存在较高的生产成本和显著的安全风险（González Carmona等人，2023年）。活性包装作为一种创新的保存技术，可以通过将活性物质（如纳米氧化锌、精油、多糖和肽）掺入包装材料中，有效抑制微生物生长和脂质氧化，从而延长肉类的保质期（Ferreira等人，2016年；Motelica等人，2020年）。在各种活性物质中，天然抗菌和抗氧化剂因其更高的安全性和环境兼容性而受到广泛关注，成为活性包装膜开发的研究热点（Motelica & Oprea，2025年；Zhou等人，2024年）。Pycnogenol是从法国海松树皮中提取的标准化成分，以其强大的抗氧化和抗菌性能而闻名。在纳米复合材料快速发展的背景下，麦醇溶蛋白因其独特的结构和功能特性（如两亲性、可调节的三维结构、低比例的带电氨基酸残基、高脯氨酸含量、低水溶性和高醇溶性）而被广泛用于生产纳米结构，以封装、保护和控制活性成分的释放（Zhong等人，2022年）。研究表明，负载有麦醇溶蛋白纳米颗粒的聚合物薄膜具有广泛的应用潜力，包括含有抗氧化剂和抗菌剂的食用薄膜（Zhang & Zhao，2017年）。麦醇溶蛋白纳米颗粒可以成功封装各种活性物质，如白藜芦醇（Zhong等人，2022年）和姜黄素（Guo等人，2022年），显著提高它们的稳定性和生物利用度。将Pycnogenol封装在纳米颗粒中预计可以改善其稳定性和缓释特性，从而增强其在肉类保存中的应用效果。

现有的活性包装薄膜仍然存在防水性差和机械性能不足的问题，限制了其在食品包装中的应用（Liang & Wang，2020年）。特别是在解冻肉的保存过程中，水分流失是一个关键问题，薄膜的亲水性对其应用构成了重大限制（Zhang, Chen等人，2023年）。Artemisia sphaerocephala Krasch胶（ASKG）是一种从Artemisia sphaerocephala Krasch种子中提取的多糖，主要由D-甘露糖、D-半乳糖、D-木糖、D-葡萄糖、L-阿拉伯糖和D-木酮糖组成（Liang等人，2018年）。由于其高粘度、保水能力、弹性、分散性和优异的成膜性能以及无毒性，ASKG已被有效用作增稠剂、保水剂、稳定剂、成膜剂和面团改良剂（Liang & Wang，2018年）。ASKG被认为是一种有前景的材料，可以为薄膜提供良好的防水性能（Cai等人，2023年）。随着对高质量、安全和延长保质期的新鲜产品需求的增加，多层包装在肉类行业中得到广泛应用。双层薄膜技术的应用为食品包装行业提供了创新的解决方案，通过靶向释放提供更好的保存效果，并具有广泛的机械性能和应用前景。通过逐层组装，可以开发出以ASKG为内层且不需要合成粘合剂的双层薄膜。壳聚糖和明胶都具有良好的成膜性能，可以用作外层材料。壳聚糖提供高水蒸气阻隔性能和抗菌活性（Dumitru等人，2025年），而明胶则提供高氧气阻隔性能（Gvozdenko等人，2022年；Wang等人，2021年），同时抑制活性成分向外部环境的扩散。

基于此，本研究旨在开发一种用于解冻牛肉保存的创新双层薄膜。该双层薄膜的外层使用壳聚糖和明胶的混合物作为基质，提供有效的阻隔功能。内层是活性层，由负载了Pycnogenol的麦醇溶蛋白纳米颗粒（PGNPs）和ASKG组成，可以释放抗氧化和抗菌活性成分并调节湿度。在这项工作中，详细表征了薄膜的结构特性、阻隔性能、疏水性和机械性能。此外，通过pH值和总挥发性碱性氮（TVB-N）等指标验证了薄膜在牛肉保存中的有效性。本研究旨在为未来的食品包装行业提供一个有前景的想法和解决方案，具有广泛的应用前景。

部分摘录

化学品

Pycnogenol购自中国广州的广州博涛生物科技有限公司，而明胶和ASKG则来自中国河南的河南宝高工业有限公司。壳聚糖的分子量为60–80 kDa，脱乙酰度≥85.00%，由国药化学试剂有限公司提供。麦醇溶蛋白由上海兴业生物技术有限公司提供（上海，中国）。

PGNPs的制备

如图1所示，PGNPs是使用改进的液-液分散方法制备的

PGNPs的表征

PGNPs是通过液-液分散方法制备的。为了表征它们的基本性质，测定了麦醇溶蛋白、Pycnogenol和PGNPs的粒径、Zeta电位、FTIR和XRD光谱。粒径是影响纳米颗粒输送性能的关键因素（Li等人，2023年）。如图2a所示，PGNPs的平均粒径为294.40 nm，属于纳米级别。Zeta电位是评估胶体稳定性的重要指标，

结论

本研究制备了一种新型的防水双层膜。核心创新在于设计了具有壳聚糖-明胶混合物外层和ASKG内层的多功能双层结构，外层提供机械支撑和阻隔作用，内层含有PGNPs，实现抗氧化剂的释放并调节湿度。成功制备的PGNPs表现出294.40 nm的纳米级粒径。与单层薄膜相比，双层薄膜表现出更优的性能

CRediT作者贡献声明

乔江山：撰写——原始草案、方法学、数据分析。张敏：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、方法学、实验研究。阿伦·S·穆朱姆达尔：撰写——审稿与编辑、方法学、实验研究。雷春燕：撰写——审稿与编辑、资源协调、实验研究。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢中国国家重点研发计划（合同编号：2022YFD2100600）、江苏省先进食品制造设备与技术重点实验室项目（编号：FMZ202003）和国家一级学科食品科学技术（编号：JUFSTR20180205）的财政支持。