碳点改性淀粉涂层：提升肉丸冻融稳定性的创新策略

《Food Chemistry: X》：Starch coating with carbon dots: A promising coating to enhance the freeze–thaw stability of meatballs

本研究针对冷冻肉制品在冷链物流中反复冻融导致品质劣变的问题，开发了碳点(CDs)交联淀粉(S)复合涂层。结果表明，添加0.3 mg/mL CDs的涂层(S+0.3CDs)经5次冻融循环后，淀粉短程有序度(R1047/1022)降至1.15，结晶度降低3.14%，析水率下降30.52%，显著改善了肉丸品质：冻融损失、蒸煮损失、硫代巴比妥酸反应物和菌落总数分别降低4.24%、22.34%、29.68%和19.25%。该研究为开发高性能冷冻食品涂层提供了新思路。

　　

在冷冻食品行业蓬勃发展的今天，肉制品在冷链物流中反复经历冻融循环却成为品质控制的隐形杀手。温度波动导致冰晶反复生成和融化，如同微型破坏锤不断冲击肌肉纤维结构，造成持水能力下降、蛋白质氧化、脂质变质以及微生物滋生等多重问题。传统解决方案依赖磷酸盐保水剂、亚硝酸盐防腐剂和真空包装技术，但这些方法各自存在局限性：磷酸盐可能影响天然风味，亚硝酸盐在特定条件下可能生成致癌物亚硝胺，而真空包装虽能抑制好氧菌却对厌氧微生物无效，且易导致产品变形。面对这些挑战，开发新型保鲜技术成为食品工业的迫切需求。

扬州大学旅游烹饪学院的研究团队在《Food Chemistry: X》发表了一项创新研究，将纳米材料领域的明星——碳点(Carbon Dots, CDs)与淀粉涂层技术相结合，为提升肉丸冻融稳定性提供了新方案。碳点是一种尺寸小于10纳米的碳基纳米材料，表面富含羧基、羟基等有机官能团，具有优异的水分散性、生物相容性和抗菌抗氧化功能，且成本低廉、易于生物降解，在食品工程领域展现出巨大应用潜力。

研究人员采用香蕉浆水热法制备碳点，通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术对其形貌和结构进行表征。将不同浓度CDs(0-0.3 mg/mL)与交联淀粉(Cross-linked Starch, CS)复合制备涂层溶液，系统评估冻融循环过程中涂层的粘度、析水率、微观结构、短程有序结构和结晶度变化。以肉丸为模型食品，定量分析涂层对持水能力(WHC)、硫代巴比妥酸值(TBARS)和菌落总数(TBC)等品质参数的保护效果。

研究结果显示，碳点成功抑制了淀粉链的再结晶过程。经过5次冻融循环，S+0.3CDs组的R_1047/1022值降至1.15，显著低于纯淀粉组的1.65，表明CDs有效延缓了淀粉回生。XRD分析显示，添加CDs的涂层结晶度增幅较小，证实了其抑制重结晶的效果。扫描电镜(SEM)观察发现，CDs改性涂层形成的冰晶更小、分布更均匀，网络结构更致密，这直接体现在析水率的显著降低——S+0.3CDs组析水率比纯淀粉组降低30.52%。

在肉丸保护实验中，S+0.3CDs涂层展现出卓越性能。冻融损失和蒸煮损失分别降低4.24%和22.34%，持水能力显著提升。TBARS值降低29.68%，表明CDs的抗氧化功能有效延缓了脂质氧化进程。菌落总数减少19.25%，证明涂层具有良好的抗菌性能。pH值变化更为平缓，进一步验证了涂层对微生物增殖和蛋白质分解的抑制作用。

碳点通过多重机制提升涂层性能：表面丰富的官能团与淀粉分子形成氢键，增强网络结构稳定性；纳米尺寸特性填充涂层微观缺陷，提高致密性；抗菌抗氧化功能直接抑制品质劣变因素。该研究不仅为解决冷冻肉制品品质控制难题提供了创新方案，也为碳点在食品工程中的安全应用奠定了理论基础，对推动冷链物流技术发展具有重要意义。

这项研究开创性地将纳米碳材料与食品涂层技术相结合，展现了纳米技术在食品工业中的巨大应用潜力。随着对碳点生物安全性研究的深入，这种新型涂层技术有望在冷冻食品、生鲜保鲜等领域发挥重要作用，为消费者提供更优质、更安全的食品保障。