《Future Foods》：Antioxidant and antifungal packaging film for extending the shelf-life of fresh-cut apples
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本研究采用超声乳化法制备槲皮素纳米乳液（QuNE），作为改善食品包装膜功能特性的生物活性分子。将QuNE以不同添加量（1%、3%和5% v/v）掺入壳聚糖/κ-卡拉胶（Ch/κ-C）基质中，通过浇铸法制备抗氧化膜（AFs）。含1% QuNE的Ch/κ-C AF
本研究采用超声乳化法制备槲皮素纳米乳液（QuNE），作为改善食品包装膜功能特性的生物活性分子。将QuNE以不同添加量（1%、3%和5% v/v）掺入壳聚糖/κ-卡拉胶（Ch/κ-C）基质中，通过浇铸法制备抗氧化膜（AFs）。含1% QuNE的Ch/κ-C AFs的拉伸强度（TS）和断裂伸长率（EAB）分别从40.7 MPa和5.55%提高至63.0 MPa和19.6%。与Ch/κ-C膜相比，Ch/κ-C/5%QuNE膜表现出最高的水接触角（WCA）为67.8°，以及85.5%的DPPH自由基清除活性。此外，Ch/κ-C/5%QuNE膜对黄曲霉（A. flavus）和针曲霉（P. aculeatum）的菌丝生长和孢子萌发具有显著（P<0.05）抑制作用，分别产生21 mm和20 mm的菌落生长抑制圈。当将Ch/κ-C/5%QuNE膜应用于鲜切苹果保鲜时，该系统降低了褐变指数并延长了储存时间。总之，结果清楚地表明，将QuNE掺入Ch/κ-C基质是制备AFs的有效策略，可用于延长鲜切水果等氧敏感食品的货架期。
**论文解读文章**
**研究背景、问题与目的**
当前食品包装过度依赖石油基塑料，带来显著的环境、健康和经济挑战。这些不可再生材料在环境中持久存在，难以自然降解，并可能向食品和生态系统中浸出有毒化学物质。包装不足导致的食品浪费问题尤为严重，全球水果和蔬菜占食品总浪费的40-50%，其中鲜切苹果和香蕉因包装和储存条件不佳极易腐败。黄曲霉（*Aspergillus flavus*）和针曲霉（*Penicillium aculeatum*）是引起水果腐烂最常见的产毒真菌。因此，亟需开发既能保护食品又能主动延长货架期、减少浪费的先进包装解决方案。
壳聚糖（Chitosan, Ch）是一种从虾蟹壳中提取的多糖，因其优异的成膜性、天然抗菌性和活性物质控释能力而备受关注，但其机械强度差、水蒸气渗透性高，限制了其单独应用。κ-卡拉胶（κ-Carrageenan, κ-C）是一种从红藻中提取的硫酸化多糖，可与Ch复合，改善其物理机械性能、增强抗菌活性，并赋予可生物降解功能。然而，如何有效递送功能性生物活性物质以对抗氧化腐败仍是一大挑战。槲皮素（Quercetin, Qu）是一种具有强抗氧化、抗炎和抗癌活性的黄酮类化合物，但由于水溶性低和生物利用度差，直接应用受限。纳米乳液（Nanoemulsion, NE）技术可提高其稳定性和功效。因此，本研究旨在开发一种将槲皮素纳米乳液（QuNE）掺入Ch/κ-C基质的抗氧化包装膜，用于延长鲜切苹果货架期并减少食品浪费。
**主要关键技术与方法**
研究人员采用超声乳化法制备槲皮素纳米乳液（QuNE），使用槲皮素、葵花籽油、卵磷脂和吐温80，通过高速均质和探头超声处理获得纳米乳液。采用浇铸法制备含不同QuNE浓度（1%、3%、5% v/v）的壳聚糖/κ-卡拉胶（Ch/κ-C）抗氧化膜（AFs）。对QuNE进行了动态光散射（DLS）粒径、Zeta电位和扫描电镜（SEM）形貌表征。对膜进行了傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、SEM、热重分析（TGA）、光学透光率、水分含量、水接触角（WCA）和机械拉伸性能测试。抗氧化活性通过DPPH自由基清除实验评估。抗真菌活性采用琼脂扩散法测定，实验菌株黄曲霉（*A. flavus*）和针曲霉（*P. aculeatum*）来源于伊朗大不里士医科大学微生物系。鲜切苹果购自伊朗大不里士当地市场，用于包装保鲜实验，通过褐变指数评估保鲜效果。
**研究结果**
**3.1 槲皮素纳米乳液（QuNE）的表征：** DLS测得平均粒径为449 nm，多分散指数（PDI）为0.573，表明粒子大小存在不均匀性。Zeta电位为-32.1 mV，表明由于液滴间静电斥力，乳液稳定性高。SEM图像显示球形形态，平均粒径约218 nm，小于DLS结果，因后者包含溶剂化层。
**3.2 基于Ch/κ-C的AFs的表征：** FTIR分析显示，QuNE引入后特征峰位置和强度发生微小变化，暗示槲皮素与聚合物基质间存在分子间相互作用。XRD分析表明，QuNE添加后膜在约20.5°处的衍射峰变得更尖锐，结晶度增加，但未见槲皮素特征结晶峰，证实其被封装于纳米乳液中。SEM显示，随QuNE浓度增加，膜表面变粗糙，截面结构更致密，5% QuNE膜呈现层状紧凑结构，但也存在部分液滴聚集。TGA/DTG分析表明，添加QuNE改变了膜的热降解曲线，残留量在700°C时有所变化。
**3.3 光学性能：** 随着QuNE浓度从1%增至5%，膜的可见光透光率显著降低，5% QuNE膜透光率最低。这归因于槲皮素吸收紫外-可见光以及纳米粒子散射，增强了紫外光屏蔽能力，有利于保护光敏食品。
**3.4 水分含量：** 添加1% QuNE使水分含量从15.1%降至约12.7%，但进一步增加QuNE（3%和5%）后水分含量回升至14.4%和16.3%，可能与亲水基团相互作用有关。
**3.5 水接触角：** Ch/κ-C膜水接触角为46.5°，呈亲水性。添加QuNE后接触角显著增加，5% QuNE膜达到67.8°，表面疏水性增强，有利于减少鲜切水果水分流失。
**3.6 机械性能：** 1% QuNE膜的拉伸强度（TS）较纯膜提高53.8%，达到62.69 MPa，断裂伸长率（EAB）也升至19.6%。但5% QuNE膜TS和EAB下降，归因于纳米乳液分布不均、粒子聚集导致应力集中。
**3.7 抗氧化活性：** Ch/κ-C膜的DPPH抑制率仅为1.94%，而添加QuNE后抑制率显著提高，5% QuNE膜达到85.53%，高于阳性对照维生素E（51.2%）。这归因于槲皮素释放后作为氢原子供体清除自由基。
**3.8 抗真菌活性：** 5% QuNE膜对黄曲霉和针曲霉的抑制圈直径分别达21 mm和20 mm，抗真菌活性呈浓度依赖性。槲皮素的纳米形态增强了细胞膜穿透能力，破坏细胞代谢和核酸合成。
**3.9 在鲜切苹果模型系统中的应用：** 储存5天后，Ch/κ-C膜包装的苹果褐变指数达37.03，而5% QuNE膜包装的褐变指数仅为15.50。结果证明QuNE掺入有效延缓了酶促褐变，延长了储存时间，且性能与DPPH和抗真菌实验结果一致。
**讨论与结论**
讨论部分强调，QuNE的添加使Ch/κ-C膜同时获得增强的抗氧化与抗真菌活性，且疏水性提高有助于减少水分迁移。5% QuNE膜在功能特性上表现最优，尽管机械性能略逊于1% QuNE膜，但整体性能平衡适合活性包装应用。结论部分翻译如下：
**结论：** 开发含有QuNE（1%、3%和5%）的Ch/κ-C膜为水果保鲜提供了一种可持续抗氧化包装的可行方案。在1% QuNE时，膜表现出最佳性能，拉伸强度增强至62.6 MPa，断裂伸长率达19.6%，且形貌均匀。将QuNE增加至5%提高了疏水性和抗氧化活性（85.5% DPPH自由基清除率），并有效抑制了产毒真菌黄曲霉和针曲霉。此外，与Ch/κ-C膜相比，Ch/κ-C/5%QuNE膜随时间有效减少了包装鲜切苹果的酶促褐变，并延长了储存时间。这些结果可能为制备用于食品储存的抗氧化控释包装膜提供策略。该研究发表在《Future Foods》。
