壳聚糖 / 百里香精油复合膜：提升果蔬保鲜性能的新突破

为解决鲜切果蔬保鲜问题，研究人员制备壳聚糖 / 百里香精油复合膜，其性能优异且保鲜效果良好，意义重大。

　　# 壳聚糖 / 百里香精油复合膜：果蔬保鲜的新希望
在日常生活中，鲜切果蔬因其方便即食的特点，深受人们喜爱。然而，它们就像脆弱的 “小天使”，在采摘后经过切割，原本的保护机制被破坏，面临着诸多 “危机”。比如，皮肤细胞和组织会迅速褐变，就像被施了魔法一样变黑；切片后还会脱水，变得干巴巴的；同时，营养成分也会大量流失，仿佛被偷走了 “生命的精华”，这不仅造成了大量的浪费，还让消费者难以享受到新鲜、营养的果蔬。

目前，传统的保鲜技术在果蔬清洗和包装中发挥着一定作用，但它们并不适合直接用于鲜切果蔬的保鲜，就像一把 “双刃剑”，虽然有一定效果，但也存在局限性。因此，寻找更安全、有效的保鲜方法迫在眉睫。在这样的背景下，河南科技大学等机构的研究人员开展了一项关于壳聚糖 / 百里香精油复合膜的研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员为了制备出性能优良的抗菌膜并研究其特性，采用了流延法（tape casting method）来制备复合膜，该复合膜以壳聚糖（chitosan）为基质，甘油（glycerin）为增塑剂，百里香精油（thyme essential oil）为抑菌剂。在研究过程中，运用了多种关键技术方法。通过单因素试验和响应面优化试验，以拉伸强度（tensile strength）和断裂伸长率（elongation at break）作为响应指标来优化复合膜的比例。采用多种测试方法对复合膜的各项性能进行测定，如利用智能电子拉伸试验机依据相关标准测定机械性能；通过重量增加法按照标准测定水蒸气渗透性（water vapor permeability）；用特定的试验方法检测抗菌活性和抗氧化活性等。还用扫描电子显微镜（scanning electron microscopy）观察复合膜的微观结构，借助傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）分析各成分间的相互作用。

研究结果

1. 单因素试验结果分析：随着壳聚糖质量分数从 0.5% 增加到 1.5%，薄膜的拉伸强度和断裂伸长率逐渐增加，这可能是因为溶液粘度增加改变了薄膜微观结构，增强了分子间作用力。甘油质量分数从 0 增加到 2% 时，复合膜拉伸强度整体下降，断裂伸长率上升，这是由于甘油破坏了壳聚糖分子结构中的氢键，降低了复合膜的拉伸强度，但同时增加了分子链的流动性，提高了断裂伸长率。添加百里香精油后，复合膜拉伸强度和断裂伸长率变化趋势不明显，说明其对机械性能影响较小，主要起抗菌作用。
2. 响应面试验结果分析：以拉伸强度和断裂伸长率为响应值进行响应面设计，建立的回归模型显著，失拟项不显著，模型决定系数R2和校正决定系数R2较高，表明模型拟合度好，相关性强，试验可靠性和准确性高，可用于优化复合膜比例。通过分析不同因素间的相互作用，发现壳聚糖质量分数、甘油质量分数和百里香精油质量分数之间的相互作用对拉伸强度和断裂伸长率有显著影响。
3. 验证试验：通过 Design Expert 13.0 软件优化，得到复合膜的最佳条件为壳聚糖 1.5%、甘油 0.5%、百里香精油 0.5%。在此条件下进行验证试验，得到的拉伸强度和断裂伸长率的测试值与预测值相对误差均在 5% 以内，证明响应面回归模型可靠，能有效优化复合膜的机械性能。
4. 复合膜厚度、水蒸气渗透性和溶解性分析：添加甘油和百里香精油后，复合膜厚度变化不明显。随着百里香精油的加入，复合膜的渗透性显著降低，这是因为精油与壳聚糖相互作用，扩大了水分子通过薄膜的距离，降低了对水分子的吸收和保留，从而提高了防水性能。复合膜的水溶性比壳聚糖膜低 16%，表明百里香精油能显著改善复合膜的吸水性能。
5. 复合膜抗菌活性分析：复合膜的抗菌活性通过培养皿中抑菌圈的大小来表征。CTS/TEO 组对大肠杆菌的抑制效果最佳，抑菌圈直径可达 31mm。壳聚糖分子表面的氨基及其阳离子性质使其能吸附在细胞膜表面，形成紧密的膜结构，阻止营养物质运输，从而发挥抗菌作用。添加精油提高了复合膜的抗菌活性，可能是因为精油中的酚羟基作为跨膜离子交换剂，破坏了细菌细胞膜的功能，影响了脂质层稳定性，抑制了细菌细胞内 DNA 等物质的合成。
6. 复合膜抗氧化活性分析：CTS/TEO 组在两种食品模拟物中清除 DPPH 自由基的能力均显著高于 CTS 组。这是因为 TEO 中富含的活性酚羟基能够作为供电子基团，将活性氢原子转移给自由基，从而降低 DPPH 自由基含量。
7. 扫描电子显微镜分析：扫描电子显微镜观察显示，与 CTS 组相比，CTS/TEO 组表面有凸起，这是由于添加了百里香精油，但两组表面和横截面均无明显裂纹和孔隙，且表面的百里香精油分子和甘油分子与壳聚糖分子相容性良好。
8. FTIR 分析：FTIR 分析表明，添加百里香精油和甘油后，复合膜中活性O?H和C?H的数量增加，吸收峰向短波带移动，吸收强度增强，说明三者之间发生了相互作用，形成了稳定的分子结构。
9. 复合膜对蓝莓保鲜效果的影响：研究发现，复合膜对蓝莓具有一定的保鲜效果。在储存过程中，CTS/TEO 组蓝莓的失重率、硬度损失率和 POD 活性均低于其他组，有效抑制了蓝莓的水分流失、呼吸作用和细胞衰老。同时，该复合膜能显著抑制蓝莓可溶性固形物（TSS）含量、花青素含量和 Vc 含量的下降，减缓 MDA 含量的增加，保持蓝莓的品质和新鲜度。

研究结论与意义

本研究成功制备了以壳聚糖为基质、甘油为增塑剂、百里香精油为抑菌剂的抗菌膜。通过响应面试验优化比例后，得到的复合膜具有良好的机械性能、抗菌性和抗氧化性，其综合性能优于壳聚糖单膜。此外，该复合膜对蓝莓有显著的保鲜效果，能有效降低蓝莓在储存过程中的各项品质指标的变化，为鲜切果蔬的保鲜研究奠定了基础，有望在实际生产中广泛应用，减少鲜切果蔬的损耗，为消费者提供更新鲜、营养的果蔬产品。

这项研究为解决鲜切果蔬保鲜难题提供了新的思路和方法，其成果具有重要的理论和实践意义，为食品保鲜领域的发展注入了新的活力，让我们在享受鲜切果蔬美味的同时，也能更好地保障其品质和安全。