马腊根（Maral Root）、玫瑰根（Rose Root）和牛至（Oregano）提取物的稳定抗氧化活性及其在基于海藻酸的涂层中的应用——用于延长红甜椒的保质期

《Applied Food Research》：Stable Antioxidant Activity of Maral Root, Rose Root, and Oregano Extracts and Their Application in Alginate-Based Coatings for Extending the Shelf Life of Red Bell Peppers

　　**Nusrat Sharmin | Ulrike B?cker | Rune Slimestad**

**挪威Nofima AS食品安全与质量部门，Osloveien 1，1430 ?s**

**摘要**

红甜椒（Capsicum annuum L.）是一种极易腐烂的蔬菜，在收获后由于水分流失、氧化降解和微生物污染而迅速变质。本研究评估了富含马阿拉根（MRA）、玫瑰根（RRA）和牛至（ORA）的藻酸盐涂层在保持红甜椒品质和延长其保质期方面的效果。所有草本提取物均显示出强烈的抗氧化活性，并且在储存过程中这种活性保持稳定，不受储存温度的影响。添加了草本提取物的藻酸盐薄膜表现出显著改善的屏障性能。MRA薄膜的水蒸气透过率（187 g·m?2·day?1）和氧气透过率（9 mL O?·m?2·day?1）最低。尽管不同提取物之间没有显著差异，但涂层样品的呼吸速率低于未涂层对照组。ORA涂层样品的重量损失较大，可能是由于呼吸作用增强所致。总酚含量在MRA和RRA涂层甜椒中保存得最好（45 μg GAE/g鲜果），并且在储存16天后，这些涂层的样品总可溶性固形物含量较低（约7.3%），质地更紧实。微生物分析证实，涂层样品中的霉菌和酵母数量在14天后仍保持在可接受范围内，而未涂层对照组则不然。这些发现表明，富含马阿拉根和玫瑰根提取物的藻酸盐涂层可以有效提升红甜椒的物理化学稳定性和微生物稳定性，为收获后的食品保鲜提供了有前景的天然替代方案。

**1. 引言**

红甜椒（Capsicum annuum L.）是全球最受欢迎和消费量最大的蔬菜之一，不仅因为其独特的风味，还因为它们富含多种维生素（维生素A、E和C）和生物活性化合物（酚类化合物和类胡萝卜素），这些成分对人体健康有许多益处（Moosavi-Nezhad等，2024）。此外，从甜椒中提取的生物活性化合物具有抗菌、抗糖尿病、抗炎和调节免疫系统的作用，使其成为非常健康的食材（ATRESS & RASHID，2016；Bai等，2021）。然而，红甜椒是一种易腐烂的作物，保质期相对较短，并且容易发生收获后的质量问题，如快速失重、品质下降和机械损伤。此外，由酚类化合物氧化引起的酶促褐变也是导致果蔬保质期缩短的原因之一（Chen等，2021）。减少这些收获后损失并延长红甜椒保质期的一个可能方法是涂层处理。一般来说，涂层可以通过在食品表面形成半透性屏障来降低呼吸速率和重量损失，并维持色泽和质地（Bambalele等，2021）。具有抗氧化特性的涂层还有助于保持果蔬的抗氧化性能，从而延长其保质期。由于可再生性和无毒性，多种天然生物聚合物（多糖、淀粉、纤维素和蛋白质等）成为各种果蔬涂层的首选材料（Karnwal等，2025）。藻酸盐是一种从褐藻中提取的天然多糖，具有优异的成膜性能和与多种生物活性化合物的相容性。几个世纪以来，人们已经使用涂层来延长食品的保质期；例如，在12世纪，中国古代就用蜡涂层来保存柑橘类水果以防止变质（Kumar & Neeraj，2019）。近年来，将纳米材料、精油和植物提取物 incorporate 到涂层材料中引起了广泛关注（Dysjaland等，2022；Pa?arauskait?等，2023；Sharmin等，2021）。当不同的生物聚合物与纳米材料、精油和草本提取物结合时，这些复合配方可以改善机械强度、屏障性能和活性（Dysjaland等，2022；Pa?arauskait?等，2023；Sharmin等，2021）。将草本植物加入不同的生物聚合物中不仅可以改善食品的感官品质，还可以延长其保质期（Lai & Roy，2004）。

Rhaponticum carthamoides（Willd.）Iljin，通常称为马阿拉根或俄罗斯卢兹草，是一种原产于西伯利亚南部阿尔泰山脉和sayan山脉的多年生草本植物（Kokoska & Janovska，2009）。在过去二十年里，马阿拉根已被引入中欧和东欧的多个地区。研究表明，该植物及其提取物具有多种生物活性，如抗氧化、免疫调节、抗癌、抗菌、抗寄生虫以及驱虫或拒虫作用（Kokoska & Janovska，2009）。另一种具有良好抗氧化和抗炎特性的草本植物是Rhodiola rosea L.（同义词：Sedum rhodiola DC.; Sedum roseum (L.) Scop.），也被称为“玫瑰根”、“金根”或“北极根”（Ivanova Stojcheva & Quintela，2022）。玫瑰根是一种黄色花朵的多年生草本植物，属于景天科，自然生长在高海拔、干燥多沙的土壤中，常见于欧洲和亚洲的北极地区，特别是西伯利亚以及北美东海岸（Brown等，2002）。玫瑰根在包括瑞典、挪威、法国、德国、冰岛和俄罗斯在内的多个欧洲和亚洲国家的传统医学中都被用作药用植物（Ivanova Stojcheva & Quintela，2022）。牛至（Origanum vulgare）是一种常见的多年生草本植物，属于薄荷科，其抗氧化、抗菌和抗真菌特性已被广泛研究（Exarchou等，2002；Spendi等，2017）。牛至精油及其主要成分百里酚和香芹酚，以及它们的前体单萜γ-萜品烯和p-香叶烯，被认为具有显著的抗氧化作用（Botsoglou等，2002）。通过涂层添加高抗氧化性的草本提取物可以通过减缓氧化降解来延长食品的保质期（Sahraee等，2019）。抗氧化剂可以中和自由基，从而延缓营养物质的降解和食品颜色的褪色（Sahraee等，2019）。通过减少氧化，这些天然化合物有助于长时间保持食品的风味、外观和营养价值，使其成为合成防腐剂的宝贵替代品。尽管红甜椒含有维生素C和类胡萝卜素，但它们仍容易受到氧气、光照和热量的氧化应激的影响（Mengistu & Beri，2024），这会导致色素分解、颜色褪色以及营养成分的流失和质地及风味的劣化。牛至已被广泛研究用于食品包装，如以精油或提取物形式用于可降解薄膜中以抑制微生物生长，或在抗氧化包装中防止脂质氧化，以及直接涂在食品表面以减少变质（Khan等，2023）。然而，马阿拉根和玫瑰根提取物在食品包装应用中的潜力尚未得到充分研究。

藻酸盐是一种阴离子多糖，在二价阳离子存在下容易形成坚固的凝胶，从而制备出具有理想机械性能和屏障性能的均匀涂层（Abka-Khajouei等，2022）。已知基于藻酸盐的涂层可以通过创建气体和水蒸气的半透性屏障来减少水分流失和呼吸速率（Senturk Parreidt等，2018），从而减缓代谢活动并延长新鲜农产品的保质期。此外，藻酸盐与天然生物活性化合物相容性好，适合添加各种活性成分并实现抗氧化剂和抗菌剂的控释（Xie，2024）。因此，藻酸盐可以稳定添加的活性成分，限制其在储存过程中的降解，并增强其性能。因此，假设将马阿拉根、玫瑰根和牛至提取物整合到藻酸盐涂层中不仅可以改善聚合物的物理性能和提取物的抗氧化活性，还可以延长红甜椒的保质期并保持其收获后的品质。

本研究的主要目的是评估马阿拉根、玫瑰根和牛至提取物单独使用或与藻酸盐溶液结合时的抗氧化性能。同时，还评估了这些草本提取物在不同时间和温度条件下的抗氧化稳定性。最后，红甜椒被涂上了藻酸盐溶液涂层，并评估了这种涂层对红甜椒品质的影响。

**2. 材料与方法**

**2.1 材料**

从Sigma-Aldrich（挪威）购买了海藻酸钠（来自褐藻的藻酸钠盐，低粘度）和氯化钙。2,2-Diphenyl-1-picrohydrazyl自由基（DPPH）粉末（95%）从Alfa Aesar（Thermo Fisher Scientific，美国）购买。96%乙醇（纯酒精）从Antibac（挪威）购买。红甜椒从挪威的本地杂货店采购。

**2.2 提取物的制备**

2022年，在挪威NIBIO Apelsvoll（纬度60.70024，经度10.86952）种植了不同品种的玫瑰根（Rhodiola rosea C.）和牛至（Origanum vulgare L.）。植物材料在标准条件（60°C，48–72小时）下干燥，并使用FOSS Mill CT 290（Foss Hilleroed，丹麦）研磨至1毫米的粒径。马阿拉根（Leuzea carthamoides A.）的研磨叶片由Boheimsmarken Farm（Ulnes，挪威，纬度60.99990，经度9.11290）提供，这些植物在2021年和2022年生长。如前所述，使用不同的溶剂提取了多种草本植物的叶片（Slimestad等，2022）。简而言之，每个植物样本分别用2×100 mL的二氯甲烷（DCM）、乙醇（EtOH）和水（H2O）进行六次提取。提取过程在40 kHz的超声波频率下进行30分钟（Biltema，Lyngdal，挪威）。每次提取后都使用Cytiva Whatman 12倍过滤器（185毫米，VWR，奥斯陆，挪威）过滤，然后对滤饼进行再次提取。使用旋转蒸发器将两种相同溶剂的提取物合并，再浓缩混合物（Büchi，Flawil，瑞士）。混合物在N2气体保护下干燥，并通过冻干技术（CoolSafe 4 ScanVac，ScanLaf AS，Alleroed，丹麦）进行干燥。本报告使用的水提取物是由不同收获日期和品种的水提取物混合而成的。在本研究中，仅使用最终的水提取物（H?O部分）进行成膜实验。溶剂蒸发和冻干后，称量干提取物以确定提取产率（基于干物质的质量百分比）。为了确保样本间的一致性，所有涂层都使用固定量的干提取物制备，即每份成膜溶液含有10毫克干提取物。因此，10毫克的提取物指的是实际冻干后的干质量，而不是基于酚含量的等效量。

**2.3 成膜液的制备**

本研究中使用的提取物完全溶于水，不会留下可见残留物，因此水是制备抗氧化测试和掺入藻酸盐溶液的合理且有效的溶剂。为了制备成膜液，将10毫克提取物溶解在水中，然后加入2克藻酸盐粉末并搅拌直至完全溶解。之后，将薄膜在室温下干燥。对照组藻酸盐薄膜完全干燥需要24小时，而含有提取物的薄膜则需要36小时。

**2.4 傅里叶变换红外（FTIR）光谱**

使用Bruker INVENIO?光谱仪（Bruker Corporation，比尔彻西亚，马萨诸塞州，美国）进行FTIR测量，该光谱仪配备了高通量扩展功能（HTS-XT）。样品以薄膜形式在透明的96孔Si板上测量，每个样品重复五次。光谱数据采集由OPUS v8.5软件控制。光谱采集范围为4000-600 cm-1，光谱分辨率为4 cm-1。每次测量前先采集空Si板的背景光谱。所有样品和背景光谱基于40次扫描。对于水基提取物，每个孔中加入20 μL的样品体积。基线校正、五个重复光谱的平均处理以及应用Savitzky-Golay 9点平滑滤波器是使用Aspen UnscramblerTM v14.2（Aspen Technology Inc.，贝德福德，马萨诸塞州，美国）软件完成的。2.5. 涂层过程在涂层过程之前，红甜椒在室温下用清水彻底清洗，并用纸巾擦干水分。然后将清洗干净、晾干的红甜椒浸入含有提取物的藻酸盐溶液中，过滤掉多余的藻酸盐，再将甜椒浸入1%的CaCl2溶液中1分钟。之后，将涂层的红甜椒在室温下晾干4小时，再储存在4°C下。图1显示了使用的草本植物、提取过程、干燥的植物提取物、藻酸盐溶液中的草本提取物以及涂层的红甜椒的图像。下载：下载高分辨率图像（602KB）下载：下载全尺寸图像图1。图1显示了使用的草本植物（马勒根M1、玫瑰根R1和牛至O1）、提取步骤、干燥的植物提取物、水中的草本提取物（马勒根MR、玫瑰根RR和牛至OR）以及藻酸盐溶液（马勒根MRA、玫瑰根RRA和牛至ORA）和涂层的红甜椒的图像。2.6. DPPH清除活性和总多糖含量对马勒根（MR）、玫瑰根（RR）和牛至（OR）在水中的提取物进行了DPPH清除活性测定。为此，将10毫克的提取物溶解在100毫升水中，并在4°C下储存21天。在0天、7天、14天和21天分别测量DPPH清除活性。在第二阶段，将10毫克的提取物加入100毫升2%（w/v）的藻酸盐溶液中，在4°C和室温下储存21天。然后在0天、7天、14天和21天分别测量DPPH清除活性。最后，将含有提取物的20毫升藻酸盐溶液倒入90毫米的聚苯乙烯培养皿中，在室温下晾干3天。3天后，从培养皿上剥离薄膜，将其重新溶解在水中以保持最终藻酸盐浓度为2%（w/v），并测量所得溶液的DPPH清除活性。对于所有测量，使用不含任何提取物的DPPH溶液作为对照以确定基线吸光度。此外，初步测试确认DPPH反应在选定的反应时间内达到了稳定吸光度（反应平台），确保了清除测量的线性和有效性。DPPH自由基清除活性的测定方法采用了Dysjaland等人描述的方法，并进行了一些修改（Dysjaland等人，2022年）。简要来说，将0.15 mM的DPPH和96%的乙醇溶液混合并搅拌15分钟，然后在4°C下避光保存1小时使用。选择的1小时反应时间对应于DPPH-抗氧化剂反应的平衡阶段，确保所有样品在反应完成后进行测量，并位于该测定的线性响应范围内。样品与等量的DPPH溶液混合，在室温下避光保存1小时。使用多模式分光光度计（Synergy H1，BioTek Instruments，美国）在517 nm处多次测量混合物的吸光度。DPPH溶液用作对照，空白为蒸馏水。DPPH自由基清除活性（%）使用公式1计算：(1) DPPH清除活性 = (1?AbsS?AbsB)×100% 干燥提取物的总多糖含量使用酚-硫酸比色法测定。首先，将1克干燥提取物溶解在50毫升蒸馏水中，并在持续搅拌下加热至90°C 1小时以确保完全溶解。混合物在6000×g下离心15分钟。然后向上清液中加入四体积的95%乙醇（1:4 v/v）。混合物在4°C下储存12-16小时。通过离心（6000×g 15分钟）回收沉淀的多糖，用70%乙醇洗涤两次以去除残留的小分子，并在50°C下干燥至恒定重量。所得的粗多糖（CPS）溶解在水中（1 mg/mL）。将1毫升样品与1毫升5%酚混合，随后迅速加入5毫升浓硫酸。混合物在室温下反应30分钟。最后，使用UV-Vis分光光度计在490 nm处测量吸光度。总多糖含量使用葡萄糖标准曲线计算，并表示为每克干燥提取物的毫克葡萄糖当量（mg GE/g）。每种干燥提取物的多糖产率根据公式2计算：(2) 多糖产率(%) = 干燥多糖分数（g）÷ 干燥提取物的初始质量（g）×100 2.7. 水蒸气和氧气透过率薄膜的水蒸气透过率（WVTR，单位为g H2O/m2·天）是使用ASTM测试15.09: E96.24的改进程序通过重力法测定的。简要来说，将20克无水氯化钙加入蒸发器细胞中，并将薄膜机械密封在细胞上。初始称量细胞，并在25°C和50% RH下储存7天。每24小时记录一次细胞的重量。通过细胞的重量增加来确定通过薄膜传输的水蒸气和被干燥剂吸收的水蒸气量。每种薄膜配方使用五个重复样品。氧气透过率（OTR，单位为mL O2/m2·天）使用Larsen等人报道的环境氧气侵入率（AOIR）方法测量（Larsen等人，2000年）。使用圆柱形不锈钢细胞进行测量。将薄膜机械密封在细胞上，然后用氮气（Linde Gas AS，奥斯陆，挪威）冲洗30秒。随后将整个装置在25°C和50% RH下储存7天。使用CheckMate3（Ametek Mocon Dansensor?，丁斯泰德，丹麦）分析实验期间OTR细胞上的气体组成。第一次测量在储存24小时后进行，第二次在储存7天后进行。使用24小时和7天后收集的数据计算OTR。每种薄膜配方使用五个重复样品。对于这两种分析，薄膜都在25°C和50% RH下预处理24小时。2.8. 力学性能薄膜的力学性能；拉伸强度（TS）和断裂伸长率（EB）是使用TA.XT Plus质地分析仪（Stable Micro Systems Ltd.，戈达尔明，英国）根据ASTM D638-699（1999）程序评估的。测试前，根据ISO 14125的尺寸要求切割干燥薄膜。质地分析仪配备有500公斤的负载细胞，以1 mm/s的十字头速度运行，并配置有25毫米的跨度长度。使用Digital Digimatic Vernier卡尺（Mitutoyo，型号500-197-20/30，200 mm/8”，0.01 mm分辨率，±0.02 mm精度；东京，日本）测定薄膜厚度。每种薄膜配方至少测试六个样品，并使用Exponent软件（版本6.1.16.0，Microsoft，奥斯陆，挪威）处理数据。总共进行了六次重复实验。2.9. 呼吸速率呼吸速率是根据储存过程中产生的二氧化碳（CO2）来测量的，采用Avena-Bastillos等人描述的改进方法（de Jesús Avena-Bustillos等人，1994年）。简要来说，将红甜椒包装在一个气透率相对较低的商用包装中作为“呼吸室”。使用Promens的Polimoon 511VG托盘密封机（克里斯蒂安桑德，挪威）将顶部薄膜密封在托盘上。装有红甜椒的密封包装储存在4°C下。使用CheckMate3（Ametek Mocon Dansensor?，丁斯泰德，丹麦）测量密封包装中的CO2浓度。呼吸速率（以V表示）使用公式2计算：(V=容器体积（L），ΔC=CO2浓度变化（mg/L），M=CO?的摩尔质量（44 mg/mmol），m=甜椒样品的质量（kg），Δt=时间间隔（h）。(3) 呼吸速率 = V×ΔC×M×Δt 2.10. 总酚含量、重量损失、总可溶性固体和质地分析总酚含量（TPC）是根据Folin-Ciocalteu方法通过酚类的比色氧化反应测定的。酚类的提取是通过向1克磨碎的红甜椒中加入10毫升甲醇（85%）来进行的。然后，向250 μL提取物中加入250 μL无菌蒸馏水。最后，向溶液中加入2.5 ml稀释的Folin Cicalteau试剂（10%）和2 ml 7.5%的碳酸钠。样品振荡2小时。使用PG Instruments ltd-T80+ UV/VIS分光光度计在765 nm处测量样品的吸光度。用没食子酸进行校准曲线。结果以毫克没食子酸（GAE）/克干物质（mg GAE/g）表示。通过记录每个甜椒的初始重量并在选定的时间点使用分析天平测量其重量损失。共进行了六次重复实验。重量损失表示为相对于初始重量的百分比减少。总可溶性固体（TSS）使用手持式折射仪测量。首先将甜椒在搅拌器中匀质化，然后将少量混合物添加到折射仪中。TSS读数记录在折射仪中，并以白利糖度表示。准备的样品还用于使用pH计（PHS3-W3B，意大利）测量pH值。在测量pH值之前，使用标准品校准pH计。对于TSS和pH值进行了三次重复实验。使用TA质地分析仪（XTplus100C，Stable Micro Systems，萨里，英国）测定甜椒的硬度。该仪器配备有直径为6毫米的圆柱形探头，以1 mm/s的恒定速度穿透甜椒表面至设定深度5毫米，并记录所需的最大力（以牛顿为单位）。每个采样时间进行十次测量，数据使用Exponent软件（版本6.1.16）分析。2.11. 微生物分析为了确定红甜椒中的总酵母和霉菌生长，将10克样品悬浮在90毫升无菌盐水中，在室温下使用Stomacher匀质化2分钟，然后进行系列稀释。将适当稀释的样品加入PDA琼脂中，并在25°C下培养5-7天。培养后手动计算酵母和霉菌的总数。总共进行了三次重复实验。2.12. 统计分析统计分析使用Prism软件包（版本10.5，GraphPad Software，圣地亚哥，CA，美国，http://www.graphpad.com）进行。使用Bonferroni校正后的双因素方差分析（ANOVA）来比较一个因素随时间的变化显著性。3. 结果和讨论3.1. 草本提取物的FTIR表征化学化合物或其混合物的FTIR光谱可以提供基于所涉及分子的振动特性的独特指纹。图2显示了马勒根（MR）、玫瑰根（RR）和牛至叶（OR）的水基提取物的光谱特征。三种提取物中最主要的三个峰分别位于3000-3500 cm-1、约1600 cm-1和1000-1200 cm-1之间。然而，仔细观察后发现，虽然前两个峰在MR和OR中最大，但后者在RR中是主要特征。除此之外，特别是1500 cm-1以下的峰（指纹区域）存在明显差异（R. B，2012）。下载：下载高分辨率图像（163KB）下载：下载全尺寸图像图2。图2显示了马勒根（MR）、玫瑰根（RR）和水中牛至提取物（OR）的FTIR光谱。3500-3000 cm-1的宽峰主要是由于分子功能性团的O-H伸缩振动引起的，这些O-H基团也可能受到邻近分子之间氢键的影响。这两个因素都会导致这个峰的宽度。对于所有三个提取物，谱带的最大值都出现在3360至3325厘米^-1之间，从O、MR向RR移动，波数从高到低。这揭示了与冻干草药提取物光谱的相似性，后者的谱带位于3375至3320厘米^-1之间，并且明显与酚羟基的伸缩振动相似（Krysa等人，2022年；Wongsa等人，2022年）。预计黄酮类化合物是这些提取物中的主要成分，特别是黄酮醇，它们会通过黄酮醇结构以及苷类侧链中的O-H基团显示出O-H伸缩振动（Krysa等人，2022年）。在2800至3000厘米^-1之间的较小谱带及其肩部振动向是CH2官能团的不对称和对称伸缩引起的，且在RR和MR中比在O中更为明显。这些CH2官能团可能与苷类侧链有关。在1800至1600厘米^-1的C=O伸缩区域，所有样本都显示出较小的谱带以及在大约1740厘米^-1和1680厘米^-1处的肩部振动，这些振动来源于羧酸基团和酮基团的不对称伸缩。在先前的研究中（Slimestad等人，2022年），MR提取物中发现了绿原酸的存在，并通过NMR（SX）验证了这一功能团的存在。RR提取物显示出一个额外的在1657厘米^-1处的肩部振动，这可以归因于4-吡喃结构的羰基伸缩（Slimestad等人，2022年）。有报道指出，在RR提取物中同时存在含有4-吡喃的Rhodionin和Rhodiosin（Slimestad等人，2022年）。约1600厘米^-1处的主导谱带是由于C=C-C芳香环的伸缩引起的，这种环伸缩振动在整个1600至1450厘米^-1的范围内都能观察到（Grasel等人，2016年）。1250至1000厘米^-1之间的谱带主要是由于C-O伸缩、C-OH弯曲振动以及C-O-C伸缩振动[24, 25]，其中C-O-C伸缩是黄酮类结构以及苷类连接的特征。

3.2. 抗氧化活性
3.2.1. 储存期的影响
马兰根（MR）、玫瑰根（RR）和牛至提取物（OR）在4°C下储存了最多21天，并在第7天、第14天和第21天测量了其抗氧化性能。图3显示了在4°C下储存21天的MR、RR和OR提取物的初始抗氧化性能及其变化。RR提取物的DPPH清除活性最高（66％），而MR和OR提取物的DPPH清除活性分别为62％和63％。Kosakowska报告称，RR的强抗氧化性能归因于其中含有高水平的酚类化合物，特别是被认为是强抗氧化剂的salidroside。这些结果表明，每种提取物的初始抗氧化强度与其酚类成分密切相关，RR自然表现出更强的自由基清除能力。

3.2.2. 不同储存条件对提取物的影响
马兰根（MR）、玫瑰根（RR）和牛至（OR）提取物分别在4°C下储存了21天，分别在第7天、第14天和第21天测量其抗氧化性能。图3显示了在4°C下储存21天的MR、RR和OR提取物的初始DPPH清除活性及其变化。RR提取物的DPPH清除活性最高（66％），而MR和OR提取物的DPPH清除活性分别为62％和63％。Kosakowska指出，RR的强抗氧化性能是由于含有高水平的酚类化合物，特别是salidroside。这些结果表明，每种提取物的初始抗氧化强度与其酚类组成密切相关。

3.2.3. 膜形成过程对提取物的影响
图4展示了马兰根（MRA）、玫瑰根（RRA）和牛至（ORA）在2％海藻酸盐溶液中的抗氧化性能，以及这些提取物在4°C和室温下储存21天后的DPPH清除活性变化。总体而言，海藻酸盐溶液中的提取物DPPH清除活性显著高于单独提取物（P≤0.05）。如图2A所示，MRA的DPPH清除活性为65％，在4°C下储存7天后增加到71％，并且在同一温度下储存21天内样品之间没有显著差异（P≥0.05）。同样，RRA的趋势也与MRA相似。对于ORA，储存21天内的DPPH清除活性没有显著变化。然而，在储存21天后，DPPH清除活性显著下降，这可能表明在早期储存过程中酚类化合物有初始释放或增加的可用性，这是某些植物提取物中观察到的现象，但在MR或RR中尚未描述过，因此这是本研究中的一个重要新发现（Mürtezao?lu & Ota?，2025年）。随后抗氧化活性的下降表明，在这种短期增强阶段之后，活性化合物的降解或氧化开始占主导地位，揭示了储存过程中释放和分解过程之间的平衡。

另一方面，OR提取物的DPPH清除活性在储存期间逐渐降低，尽管在储存7天、14天和21天的OR提取物之间没有观察到显著差异（P≥0.05）。Opryshko等人研究了牛至精油对葡萄籽油 lipid氧化和抗氧化能力的影响，发现牛至精油在120天的储存期内对葡萄籽油的 lipid氧化有积极作用（Opryshko等人，2021年）。他们报告称，牛至精油通过降低2-硫代巴比妥酸反应性物质（TBARS）的水平来提高葡萄籽油的抗氧化能力，但这种增加仅在储存15-60天内观察到，而最高的抗氧化活性是在储存30天后观察到的。相比之下，本研究中OR提取物的行为表明抗氧化稳定性高度依赖于基质。虽然牛至精油在 lipid 系统中表现良好，但在水提取物中的稳定性似乎降低了，这强调了提取介质和组成的重要性。

3.3.3. 总多糖含量
表1展示了三种干植物提取物——马兰根（MR）、玫瑰根（RR）和牛至（OR）的总多糖含量。所有提取物都含有可测量的水溶性多糖，含量范围为3.89％至4.42％。马兰根的总多糖含量最高（4.42±0.55％），其次是玫瑰根（4.35±0.67％），而牛至的含量最低（3.89±0.53％）。统计分析显示，不同提取物之间的总多糖含量没有显著差异（P＞0.05）。MR和RR中略高的多糖含量可能反映了这些根类材料中结构更丰富或更丰富的水溶性碳水化合物组分，而牛至来自地上部分，尽管差异不大，但其产量略低。

图6展示了纯海藻酸盐薄膜和含有草药提取物的海藻酸盐薄膜的水蒸气透过率（WVTR-6A）和氧气透过率（OTR-6B）。纯海藻酸盐薄膜的WVTR为275克·米^-2·天^-1，而RRA、MRA和ORA薄膜的WVTR分别降至215、187和221克·米^-2·天^-1。MRA薄膜的WVTR最低，RRA和ORA薄膜之间没有显著差异（P≥0.05）。ORA的趋势与MRA类似。对于ORA，在储存14天内，无论储存温度如何，DPPH清除活性没有显著变化（P≥0.05）。然而，在储存21天后，DPPH清除活性显著下降（P≤0.05），尽管在4°C储存和室温储存的样品之间没有显著差异（P≤0.05）。Ali等人研究了温度和光照对干Piper甲虫提取物的影响，发现5°C储存的提取物具有更好的抗氧化性能（Ali等人，2018年）。在较高温度下抗氧化性能的丧失可能是由于酚类化合物的氧化（Jiménez-Zamora等人，2016年）。Giao等人也对鼠尾草、百里香、香薄荷和甜琥珀进行了类似的研究，发现其在25°C下储存一年后抗氧化性能降低了30％（Gi?o等人，2013年）。纯藻酸盐薄膜的拉伸强度约为85 MPa，而含有提取物的薄膜都显示出更强的强度。其中，MRA薄膜的拉伸强度最高（约105 MPa），其次是RRA薄膜（约93 MPa）和ORA薄膜（约88 MPa）。虽然A薄膜与MRA和RRA薄膜之间的拉伸强度有显著增加，但A薄膜与ORA薄膜之间没有显著差异（P>0.05）。这种增强表明提取物中的分子成分与藻酸盐基质相互作用，可能形成了更紧密的聚合物网络。结果表明，马拉尔根提取物具有最大的增强效果，这可能是由于其特定的酚类和多糖成分，这些成分有助于在薄膜结构中形成分子间相互作用，如氢键。

图7. 藻酸盐薄膜（A-薄膜）、含有玫瑰根提取物（RRA）的马拉尔根提取物薄膜以及含有牛至提取物（ORA）的薄膜的拉伸强度（A）和断裂伸长率（B）。误差条代表标准偏差，重复次数n=6。图7(B)显示了薄膜的断裂伸长率。与拉伸强度不同，添加草本提取物后，薄膜的柔韧性降低。对照组的A薄膜显示出最高的伸长率（约5.2%），而含有提取物的薄膜的伸长率则在3.5%到4.2%之间。这表明尽管提取物增加了薄膜的刚性和拉伸强度，但也降低了其延展性。伸长率的降低与形成更密集的聚合物基质一致，在这种基质中，提取物成分的掺入限制了链的运动。

3.6. 涂层对红甜椒质量的影响
3.6.1. 呼吸速率、重量损失和硬度
图8展示了在14天储存期间，三种不同草本提取物藻酸盐涂层对红甜椒的呼吸速率（A）、重量损失（B）和硬度（C）的影响。水果和蔬菜在储存期间产生的二氧化碳增加是由于呼吸作用和变质反应造成的（Chouhan等人，2017年）。本研究中，涂层的样品呼吸速率显著降低，尽管不同提取物涂层的样品之间没有显著差异。对于未涂层的样品，在储存4天后呼吸速率急剧增加，并在第14天达到最高值。另一方面，涂层样品在整个储存期间的呼吸速率保持稳定。涂层可以作为水果内部气氛和外部气氛之间的屏障层（Chouhan等人，2017年）。这导致水果内部环境的变化，二氧化碳和氧气水平相对较高，从而提高了水果的保质期，这种效果类似于改良大气包装方法的效果（Emragi等人，2022年）。可以预期，具有更好屏障性能的涂层会产生更高的效果。Correa Pacheco等人研究了天然纳米涂层对青甜椒保质期的影响，他们报告说涂层样品的呼吸速率显著降低（Correa-Pacheco等人，2021年）。Emragi等人[42]、Hagenmaier和Shaw[44]以及Chouhan等人[2017]也报告了不同涂层对不同水果和蔬菜的呼吸速率降低的类似结果。下载：下载高分辨率图片（576KB）下载：下载全尺寸图片
图8. 在14天储存期间，对照组和涂层红甜椒的呼吸速率（A）、重量损失（B）和硬度（C）。误差条代表标准偏差，重复次数n=6。对照组的重量损失从第4天的2%增加到第14天的11%。涂层的样品重量损失显著低于未涂层样品。在储存10天内，涂层样品的重量损失没有显著变化。然而，在储存14天后，涂层样品的重量损失急剧增加。此外，在第14天，涂有牛至提取物的红甜椒的重量损失显著高于涂有马拉尔根和玫瑰根提取物的样品（分别为6%）。呼吸速率的增加和代谢活动的加速会促进重量损失（Nasrin等人，2018年）。因此，涂有牛至提取物的样品重量损失较高，是由于前一节中观察到的较高呼吸速率所致。对照组的硬度在储存4天内保持稳定，但在储存4天后硬度急剧下降。另一方面，涂层样品的硬度在储存7天后开始下降。总体而言，涂层样品的硬度高于未涂层对照组样品。硬度是识别不同表面涂层对水果和蔬菜保质期影响的重要参数。硬度在成熟过程中由于原果胶转化为果胶以及负责水解细胞壁的不同酶的作用而降低（Amiri等人，2021年）。据报道，呼吸速率的增加可能会增加乙烯的产生，从而激活纤维素酶、木聚糖酶等水解酶，加速甜椒的软化（Akbari等人，2024年）。

3.6.2. 总酚含量、总可溶性固形物和pH值
表2显示了在储存0天和储存16天后，对照组和涂层红甜椒的总酚含量和总可溶性固形物。未经任何涂层处理的红甜椒的总酚含量为149 μg GAE/g鲜果，储存16天后降至118 μg GAE/g鲜果。涂有马拉尔根（MRA）和玫瑰根（RRA）的样品在储存16天后表现出更高的总酚含量。与涂有牛至提取物的样品（139 μg GAE/g鲜果）相比，涂有MRA和RRA的样品在保持总酚含量方面表现最佳（45 μg GAE/g鲜果）。通常，水果和蔬菜中的天然酚类成分在成熟和采后阶段会减少（Sánchez-González等人，2011年）。苯丙氨酸氨解酶（PAL）的活性在水果中酚类化合物的合成和积累中起关键作用（Badawy等人，2016年；Cao等人，2025年）。因此，可以得出结论，该酶的活性在成熟和采后阶段通过涂层处理而降低。

表2. 储存前和储存14天后对照组和涂层红甜椒的总酚含量和总可溶性固形物。数值为平均值±标准偏差，同一材料内不同字母表示显著差异（p < 0.05）。同一材料内不同字母的数值具有显著差异（单因素ANOVA）。
参数 储存时间 控制组 RRA MRA RRA ORA
总酚含量（mg gallic acid Eq./ g） 第0天 149.62±0.92 148.23±0.89 146.21±0.88 148.23±0.25
第14天 118.22±0.45 139.21±2.3 145.36±0.72 145.33±0.85
总可溶性固形物（%） 第0天 7.0±0.45 7.1±0.5 7.1±0.45 7.1±0.45
第14天 7.9±0.23 7.3±0.48 7.3±0.72 7.3±0.13
储存开始时总可溶性固形物含量为7.1%，对于对照组样品增加了7.9%。总可溶性固形物的增加可能是由于细胞壁的降解或水果中其他多糖的降解（Ren等人，2020年；Wang等人，2021年）。总可溶性固形物增加的另一个原因可能是储存过程中的水分丢失（Wang等人，2021年）。另一方面，储存16天后涂层样品的总可溶性固形物约为7.3%，显著低于未涂层对照组样品。这种改善可能是由于涂层样品的细胞壁得到了更好的保护。此外，如图8所示，涂层样品的重量损失显著低于未涂层样品，从而有助于更好地保留总可溶性固形物。

3.6.3. 微生物学分析
图9展示了藻酸盐涂层与草本提取物对霉菌和酵母生长的影响。总体而言，对照组样品在整个储存期间显示出最高的霉菌和酵母生长。储存4天后，对照组样品中的总霉菌和酵母计数为4.4 log CFU/g，储存10天后分别增加到5.5 log CFU/g和7.8 log CFU/g。对照组样品在储存14天时的霉菌和酵母生长最高（10 log CFU/g）。在不同储存期间，涂层样品之间的总霉菌和酵母生长没有显著差异。在第4天和第7天，对照组和涂层样品之间没有显著差异。然而，在储存10天（4.25 log CFU/g）和第14天（6 log CFU/g），涂层样品的总霉菌和酵母计数显著低于对照组样品。根据食品科学技术研究所的数据，新鲜水果中总霉菌和酵母计数的可接受水平为10 log CFU/g（Hashemi & Jafarpour，2021年）。在我们当前的研究中，对照组样品在储存14天后达到了这一限制，而涂层样品的总霉菌和酵母计数远低于这一限值。观察到的模式与早期研究结果一致，即富含植物提取物的藻酸盐基可食用涂层可以通过形成半透性屏障来抑制储存期间的霉菌和酵母生长，同时保留抗真菌生物活性化合物（Jiménez-Zamora等人，2016年）。类似的涂层也被报道可以减缓新鲜农产品上的真菌生长，支持了本研究中观察到的保护效果（Mürtezao?lu & Ota?，2025年）。

需要指出的是，细胞毒性测试是评估用于食品相关应用的生物活性化合物生物安全性的关键组成部分；然而，由于特定设施、资源和研究重点的限制，这些测试并不总是在某些实验研究中可行。在本研究中未进行细胞毒性评估，这在解释结果的更广泛适用性时是一个重要限制。虽然研究表明这些提取物具有有希望的功能性和防腐效果，但缺乏细胞毒性数据限制了对其安全性和实际或商业应用潜力的结论。因此，未来的研究应包括适当的体外毒理学评估，以加强证据基础并支持其安全应用。

4. 结论
本研究评估了富含天然提取物（马拉尔根（MRA）、玫瑰根（RRA）和牛至（ORA）的藻酸盐基涂层在延长红甜椒储存期和保持其质量方面的有效性。马拉尔根表现出最高的抗氧化性能。样品在储存14天内显示出稳定的抗氧化性能，不受储存温度的影响。成膜过程并未显著影响抗氧化性能。添加草本提取物显著改善了藻酸盐薄膜的屏障性能。当向薄膜中添加马拉尔根和玫瑰根提取物时，薄膜的拉伸强度增加，而所有提取物添加后均观察到断裂伸长率的降低。涂层样品的呼吸速率低于未涂层对照组，尽管不同提取物之间没有显著差异。涂有ORA的样品显示出较高的重量损失，可能是由于呼吸速率增加所致。MRA和RRA涂层甜椒的总酚含量保存得最好，而ORA涂层样品保存得较差。在储存16天后，涂布处理的样本的总可溶性固体含量较低（约7.3%），而硬度较高，这表明其成熟过程被延缓，质地保持得更好。微生物分析结果显示，与对照组相比，涂布处理样本在14天以上的时间里始终符合可接受的霉菌和酵母生长标准。这些发现表明，添加了马勒根（maral root）和玫瑰根（rose root）提取物的海藻酸涂层显著提升了红甜椒的物理化学特性和微生物稳定性，其效果优于仅使用牛至提取物的涂层。该研究突显了新型植物基可食用涂层的潜力，它们可以为延长新鲜农产品的保质期提供一种可持续的策略。

**伦理声明**
作者确认在研究过程中没有伤害到任何动物或人类。

**利益冲突声明**
所有作者均表示自己受雇于从事食品包装、食品安全和/或材料开发相关领域的私营公司，而这些领域正是本研究的主题。尽管这些隶属关系并未直接影响本研究的设计、执行、结果解读或报告过程，但它们与研究领域相关，因此为了保证透明度而予以披露。作者声明自己没有其他可能影响本论文所述工作的财务利益或个人关系。除已公开的信息外，作者没有持有与此研究相关的报酬、咨询合作、股票所有权、有偿专家意见、专利或专利申请等利益。

**作者贡献**
- Nusrat Sharmin：概念设计、数据整理、初稿撰写、审稿与编辑、可视化处理、项目监督、资金筹集
- Ulrike B?cker：数据整理、初稿撰写、审稿与编辑
- Rune Slimestad：数据整理、初稿撰写

**数据获取**
数据可应要求提供。

**作者贡献明细**
- Nusrat Sharmin：撰写－审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、数据验证、项目监督、软件使用、资源管理、方法学研究、资金筹集、数据分析、概念设计
- Ulrike B?cker：撰写－审稿与编辑、初稿撰写、方法学研究、数据分析
- Rune Slimestad：数据分析、数据整理