基于深度学习筛选五味子提取物开发高效抗菌食品包装膜及其协同机制研究

本研究创新性地结合深度学习算法与可降解聚合物技术，成功开发出含五味子提取物（SCE）的PLA-PBAT抗菌包装膜。通过优化乙醇提取工艺（100%浓度效果最佳）及AI模型（准确率99.90%）筛选出65种抗菌活性成分（如槲皮素、儿茶素等），证实其协同抑菌机制。该薄膜对金黄色葡萄球菌、MRSA、大肠杆菌等食源性病原体具有强效抑制性和可重复使用性，在草莓与杏子保鲜实验中显著延长货架期，为绿色智能包装材料开发提供新范式。

　　

Reagents and materials

本研究所用无染色、无熏蒸自然风干五味子由威信生物科技公司提供。实验菌株包括金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus, ATCC6538）、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA, ATCC43300）、大肠杆菌（Escherichia coli, ATCC25922）及单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes, ATCC19115），均购自北京生物保藏中心。可降解聚合物聚乳酸（PLA）和聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）由上海麦克林公司供应。

Extraction process optimization

为彻底去除提取物中的乙醇，研究记录了五味子提取物在干燥过程中的重量变化。如图1A所示，干燥20小时后重量损失基本停止，表明乙醇已充分挥发。24小时干燥后提取率可达12.53%，满足大规模提取需求。进一步比较25%、50%、75%和100%浓度乙醇的提取效果，发现100%乙醇提取物抑菌圈直径最大（对抗S. aureus达18.2±0.3 mm），证明其具有最优抗菌活性。

Conclusions

本研究成功将五味子活性成分整合至PLA-PBAT聚合物中，制备出高效抗菌薄膜。无水乙醇被确定为最佳提取溶剂，对四种常见食源性病原体均表现出强抑菌效果。深度学习模型从104种化合物中精准筛选出65种抗菌活性成分（包括槲皮素、儿茶素、咖啡酸等），揭示了五味子的协同抗菌机制。优化后的薄膜（SCE_AE）在12小时内持续抑制所有测试病原体，且可重复使用而不失活。实际水果保鲜试验中，该薄膜显著延长草莓和杏子的货架期，性能优于传统保鲜膜和银系抗菌膜。