由豆甾醇-谷甾醇和瓜尔胶构成的环境应力稳定的双凝胶：双网络机制及其在食品领域的应用

《Food Hydrocolloids》：Environmental stress-stable bigels structured by sitosterol–oryzanol and guar gum: Dual-network mechanism and food-relevant applications

　　草莓保鲜纳米薄膜的制备与性能研究。通过γ-环糊精金属有机框架（CD-MOF）包裹trans-2-己烯醛（2He），制备具有优异机械性能、阻隔性和抗菌性的藻酸盐/普鲁兰（SP）复合薄膜。该薄膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌率分别达65.52%和71.54%，并显著降低 Alternaria mycotoxins 生成量。实验证明SP-CD-MOF@2He薄膜能有效延长草莓货架期至8天，抑制腐烂并减少水分迁移

　　本研究围绕一种新型食品包装材料的开发展开，该材料结合了天然生物活性成分与纳米材料，旨在解决传统包装材料在食品安全和可持续性方面的不足。随着全球对健康饮食的重视，新鲜水果作为营养丰富的食品，其在采摘后仍能保持良好品质的重要性日益凸显。然而，由于水果的高水分含量和易腐特性，约三分之一的水果在到达消费者手中之前就会因腐败而损失。特别是草莓，因其鲜艳的红色、独特的酸甜风味和丰富的营养价值，深受消费者喜爱，但其易腐性也给保鲜带来了巨大挑战。为了应对这一问题，研究人员探索了多种创新的保鲜技术，其中利用纳米材料进行生物活性成分的封装成为备受关注的方向。

Trans-2-己烯醛（2He）是一种具有显著抗菌特性的挥发性次级代谢产物，广泛存在于草莓、番茄和苹果等植物中。它通过与细胞中的亲核基团发生反应，展现出强大的抗微生物活性。然而，2He的高挥发性使其在实际应用中受到限制，尤其是在食品包装系统中，容易因挥发而降低其有效性。因此，研究者致力于开发高效的封装技术，以实现对2He的控制释放，从而延长其在食品中的作用时间。近年来，金属有机框架（MOFs）因其高比表面积、多孔性和可调结构而受到广泛关注，被认为是一种有潜力的封装材料。然而，传统的MOFs合成方法通常需要重金属离子和有毒有机溶剂，这在食品包装领域中可能带来安全隐患。为了解决这一问题，研究者开发了非毒性的CD-MOF，利用食品级γ-环糊精（CD）和碱金属离子（K?）作为构建单元，使该材料具备良好的生物相容性和可控释放能力。

在本研究中，研究人员通过超声辅助合成技术，成功制备了CD-MOF@2He纳米颗粒，实现了对2He的高效封装。该方法不仅缩短了合成时间，还提高了封装效率和载量，分别达到73.50%和35.23%。这些纳米颗粒随后被均匀分散在由海藻酸钠（S）和pullulan（P）组成的复合薄膜中，形成了一种多功能的食品包装材料。这种复合薄膜在物理化学性能方面表现出显著的提升，包括机械强度、热稳定性、紫外线阻隔能力、水蒸气阻隔性能以及抗菌效果。实验结果表明，SP-CDMOF@2He复合薄膜对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）具有显著的抗菌活性，对灰霉菌（B. cinerea）和 Alternaria（A. alternata）则展现出优异的抗真菌效果，抑制率分别达到65.52%和71.54%。此外，该薄膜还能有效减少Alternaria产生的真菌毒素，对Alternariol（AOH）和Alternariol单甲基醚（AME）的抑制率分别为87.58%和95.28%。

在草莓保鲜应用中，SP-CDMOF@2He复合薄膜表现出卓越的性能，不仅能够有效防止草莓的腐烂，还能减少重量损失，保持果实的硬度，并抑制水分迁移。通过这些功能，该薄膜成功将草莓的货架期延长至8天，为食品保鲜提供了新的解决方案。这一创新的活性包装系统结合了天然生物聚合物和MOFs的优点，不仅提高了包装材料的性能，还增强了其可持续性。相比传统的塑料包装，这种新型包装材料在环保、安全性、成本控制等方面均展现出明显的优势。

本研究的材料包括海藻酸钠、pullulan、Trans-2-己烯醛、γ-环糊精和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）。其中，海藻酸钠是一种天然的海洋多糖，由β-(1,4)-连接的D-甘露糖酸和α-(1,4)-连接的L-葡萄糖酸残基组成。它能够与二价阳离子形成二聚体复合物，从而产生弱的二聚体聚集，这些聚集通过静电相互作用得到稳定。在水溶液中，海藻酸钠携带净负电荷，使其能够与其他成分通过静电相互作用进行交联。Pullulan则是一种由Aureobasidium pullulans产生的胞外多糖，其独特的糖苷键结构由交替的α-(1,4)和α-(1,6)键组成。这种分子结构赋予了基于pullulan的薄膜优异的光学透明性、热稳定性和选择性气体阻隔性能。然而，纯pullulan薄膜的机械强度较低，易脆且成本较高，这限制了其在食品包装中的实际应用。因此，研究者采用了海藻酸钠和pullulan的复合配方，以提升材料的整体性能，同时降低成本，使其更适合用于食品包装。

此外，近年来食品包装技术的发展趋势是将植物来源的生物活性分子与聚合物网络结合，以开发具有更高性能的材料。以往对2He的封装方法多采用气凝胶材料，但这些系统存在一定的缺点。例如，其合成过程依赖于金属离子和有机交联剂，这在食品应用中可能带来潜在的安全风险。同时，气凝胶材料在水果保鲜中的实用性不如薄膜材料。虽然CD-MOF已被用于某些食品保鲜薄膜的封装，如姜黄素负载的CD-MOF用于壳聚糖/明胶薄膜，或百里香酚负载的CD-MOF用于壳聚糖/纤维素薄膜，但目前尚无研究涉及使用CD-MOF封装2He，并将其引入多糖基质中以制备功能性复合薄膜。本研究首次实现了这一目标，通过将2He封装在CD-MOF纳米颗粒中，并将其引入SP基质中，成功制备出具有抗菌和保鲜功能的复合薄膜。该方法还利用了CD-MOF对乙烯气体的吸附能力，从而延缓果实的成熟过程，进一步延长草莓的货架期。

本研究在实验过程中对薄膜的结构特性、机械性能、抗菌效果以及草莓保鲜性能进行了系统的分析。研究结果表明，这种新型复合薄膜不仅能够有效控制采摘后水果中的病原微生物，还能显著延长水果和蔬菜的保鲜期。这一成果为食品包装领域提供了新的思路和方法，尤其是在可持续性和功能性方面。随着消费者对食品安全和环保要求的提高，这种基于天然生物聚合物和MOFs的新型包装材料具有广阔的应用前景。此外，本研究的成果也为未来开发其他类型的生物活性成分封装技术提供了参考，为食品保鲜和储存提供了更多可能的解决方案。