基于透明质酸/壳聚糖/果胶的可食用复合抗氧化涂层，用于新鲜杏子的保鲜

《Sustainable Food Technology》：Hyaluronic acid/chitosan/pectin based edible composite antioxidant coatings for the preservation of fresh apricots

杏保鲜可食用涂层海藻酸钠果胶壳聚糖活性包装保质期

　　本研究聚焦于通过开发基于天然多糖的活性可食用涂层，以延长新鲜杏果的货架期并提高其保存效果。杏果作为全球第三大经济价值的核果类水果，具有较高的营养价值和商业价值，但其储存期较短，容易因氧化、水分流失和微生物生长而导致品质下降。因此，探索有效的保鲜方法对于减少经济损失和提升食品供应链的可持续性具有重要意义。本研究将透明质酸（hyaluronic acid, HA）、果胶（pectin, P）和壳聚糖（chitosan, CS）三种天然多糖结合使用，制备出具有抗氧化特性的可食用涂层，并系统分析其在不同储存条件下的保鲜效果。

### 一、研究背景与意义

随着全球城市化进程的加快，新鲜水果和蔬菜的长途运输成为常态，这不仅增加了食品供应链的复杂性，也对食品包装材料提出了更高的要求。传统的塑料包装虽然在保鲜性能上表现良好，但其不可降解性和对环境的负面影响日益受到关注。因此，寻找环保、可食用且具有功能性（如抗氧化、抗菌）的包装材料成为研究热点。可食用涂层作为一种新兴的食品包装技术，能够通过形成物理屏障减少水分蒸发和氧气渗透，同时通过其内在的抗氧化成分延缓水果的氧化降解过程，从而延长保鲜时间。

果胶是一种广泛存在于苹果、梨和柑橘果皮中的天然多糖，具有良好的成膜性和生物相容性。然而，纯果胶涂层容易因高吸湿性而变得脆弱，无法有效防止水分流失。因此，果胶常与其他多糖或天然提取物混合使用，以增强其结构稳定性和功能性。透明质酸则是一种具有强亲水性的天然多糖，因其在食品和医药领域的广泛应用而受到关注。其高分子结构能够有效吸附水分，同时具备良好的抗氧化性能，能够在水果表面形成一层保护膜，减缓氧化反应的发生。壳聚糖则因其天然抗菌特性而被广泛用于食品包装中，能够抑制微生物生长，防止水果腐烂。

本研究的创新之处在于，将果胶与透明质酸结合使用，同时保持壳聚糖的固定比例，探讨两者在涂层中的协同作用。通过调节果胶和透明质酸的配比，研究其对杏果在21天储存期内的保鲜效果，包括重量变化、pH值、可滴定酸度、总可溶性固形物含量以及抗氧化能力（如总酚含量、抗坏血酸含量和DPPH自由基清除能力）。研究结果表明，果胶与透明质酸之间的平衡对于实现最佳的保鲜效果至关重要，其中以透明质酸含量略高于果胶的配方（如4P:1CS:5HA）表现最为优异。

### 二、材料与方法

在本研究中，所用材料包括透明质酸、果胶和壳聚糖。果胶的纯度为≥74%的半乳糖醛酸，而壳聚糖的脱乙酰度为91.3%。这些材料均来自商业供应商，并经过严格的纯度检测。实验中采用的杏果是从伊拉克巴士拉市的市场中采购的，挑选的果实大小相近，重量约为35克，并经过清洗、干燥后用于实验。所有实验均在冷藏条件下（约5°C）进行，以模拟真实储存环境。

可食用涂层的制备过程涉及将不同比例的果胶、壳聚糖和透明质酸混合，形成均质的溶液。具体配比为7P:1CS:2HA、6P:1CS:3HA、5P:1CS:4HA、4P:1CS:5HA、3P:1CS:6HA和2P:1CS:7HA。其中，果胶和透明质酸的配比被系统调整，而壳聚糖的浓度保持不变。制备完成后，将部分涂层用于涂覆杏果，另一部分则用于分析涂层的化学结构和热稳定性。

为了评估涂层的化学组成，实验采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术。该技术能够检测材料中不同官能团的振动频率，从而判断其化学结构和相互作用。热重分析（TGA）则用于研究涂层在不同温度下的热稳定性，通过分析其在高温下的质量变化，可以了解材料的分解行为及其对保鲜性能的影响。

### 三、实验结果与分析

在储存期间，未涂层的杏果表现出显著的重量损失，从初始重量的约8%增加到21天后的约8%。相比之下，使用不同涂层处理的杏果在21天内仅损失了约1.5%至3%的重量，显示出涂层在防止水分流失方面的显著效果。这一结果表明，涂层能够在一定程度上阻止杏果的水分蒸发，从而延缓其成熟和腐烂过程。

pH值的变化是衡量水果成熟度和降解程度的重要指标。未涂层的杏果在21天内pH值从3.4上升至4.7，而使用4P:1CS:5HA和5P:1CS:4HA涂层的杏果pH值上升幅度较小，分别达到4.1和4.2。这说明涂层能够有效抑制水果内部酸性物质的流失，从而延缓其成熟过程。此外，可滴定酸度（TA）的变化也反映了水果的降解情况。未涂层的杏果在21天内TA值从1.2下降至0.2，而涂层处理的杏果TA值下降幅度较小，特别是4P:1CS:5HA和5P:1CS:4HA配方，其TA值分别下降至0.7和0.6。这表明涂层在抑制水果酸度流失方面具有积极作用。

总可溶性固形物（TSS）的含量是衡量水果成熟度和风味的重要指标。未涂层的杏果在储存期间TSS值经历了先上升后下降的变化，最高值出现在第12天（约15°Brix），随后逐渐减少。相比之下，使用涂层的杏果TSS值变化更为平缓，且在第18天达到峰值，说明涂层有助于维持水果的成熟度，延缓其风味变化。此外，涂层的抗氧化性能在TSS值的变化趋势中也得到了验证，其中4P:1CS:5HA和5P:1CS:4HA配方的TSS值下降幅度最小，表明其在维持水果品质方面具有显著优势。

总酚含量（TPC）是衡量水果抗氧化能力的重要参数。未涂层的杏果在21天内TPC值从86.5 mg GAE/mL显著下降至21.4 mg GAE/mL，而使用4P:1CS:5HA和5P:1CS:4HA涂层的杏果TPC值分别下降至42.5 mg GAE/mL和42.3 mg GAE/mL，降幅较小。这表明涂层能够有效抑制水果中抗氧化物质的降解，从而延长其货架期。此外，抗坏血酸（维生素C）的含量在未涂层的杏果中显著下降，而使用4P:1CS:5HA和5P:1CS:4HA涂层的杏果抗坏血酸含量仅下降约30%，进一步验证了涂层的抗氧化性能。

DPPH自由基清除实验用于评估涂层的抗氧化活性。结果显示，未涂层的杏果在21天内DPPH活性从83%下降至16%，而使用4P:1CS:5HA和5P:1CS:4HA涂层的杏果DPPH活性分别下降至49%和41%，降幅远小于未涂层组。这表明涂层能够有效中和水果表面的自由基，延缓氧化反应的发生，从而保持水果的新鲜度和营养价值。

### 四、讨论与结论

通过上述实验，研究团队发现果胶与透明质酸之间的平衡对于实现最佳的保鲜效果至关重要。当果胶和透明质酸的含量相近时，涂层表现出最优的性能，尤其是在保持水果抗氧化能力、延缓成熟和减少重量损失方面。然而，当透明质酸的含量略高于果胶时，其保鲜效果更佳，这可能与透明质酸的高亲水性和抗氧化特性有关。此外，壳聚糖的加入在一定程度上增强了涂层的抗菌性能，但其对保鲜效果的直接影响较小。

研究还发现，涂层的热稳定性与果胶和透明质酸的配比密切相关。当透明质酸含量较高时，涂层在高温下的分解速率更快，这可能与其分子结构中的氨基和羧基官能团有关。而果胶的高吸湿性使其在储存过程中更容易吸水，导致涂层性能下降。因此，合理的配比不仅能够提升涂层的物理性能，还能优化其抗氧化和抗菌效果。

从实际应用角度来看，本研究的成果为可食用涂层在水果保鲜领域的应用提供了重要的理论支持。通过调整果胶和透明质酸的比例，可以实现对杏果等高水分含量水果的高效保鲜。此外，研究结果还表明，这种涂层不仅具有环保优势，还能在不添加化学物质的前提下，保持水果的天然风味和营养成分。未来的研究可以进一步探索不同多糖组合对其他水果的保鲜效果，以及如何优化涂层的物理结构以提高其耐用性和适应性。

### 五、可持续性与未来展望

本研究的成果不仅对杏果的保鲜技术具有重要意义，也对整个食品包装行业的可持续发展提供了新的思路。可食用涂层作为一种环保型材料，能够减少塑料包装对环境的污染，同时通过其活性成分提高食品的保质期和营养价值。这种技术符合当前全球对绿色包装和食品可持续性的需求，有助于推动食品工业向更加环保和健康的方向发展。

此外，本研究还揭示了果胶与透明质酸在涂层中的协同作用，为后续开发新型多糖复合材料提供了理论依据。未来的研究可以进一步探索不同多糖组合的特性，以及如何通过改变涂层的物理结构（如厚度、均匀性）来提高其保鲜效果。同时，可以结合其他天然成分（如植物提取物、酶制剂）来增强涂层的功能性，使其在更广泛的食品保鲜场景中发挥作用。

总之，本研究通过系统分析果胶、壳聚糖和透明质酸在可食用涂层中的相互作用，为杏果的保鲜技术提供了新的解决方案。其结果不仅有助于延长杏果的储存时间，还为食品包装材料的绿色化和功能化发展提供了重要的参考价值。