可持续性琼脂基ZnO/CQD纳米复合薄膜在鸡肉保鲜中的光催化抗菌与抗氧化活性研究

针对传统生物聚合物薄膜机械强度差、氧化稳定性不足等问题，研究人员通过绿色合成法将ZnO/碳量子点(CQD)纳米复合材料整合至琼脂基质中，开发出兼具光催化抗菌和抗氧化功能的活性包装薄膜。该8ZCA8薄膜对大肠杆菌等食源性病原体实现3-log CFU/g的杀菌率，DPPH自由基清除活性提升13-20%，为生鲜鸡肉保鲜提供了环境友好型解决方案。

　　

随着全球对可持续食品包装需求的激增，传统石油基塑料造成的环境问题与生物聚合物薄膜功能性不足的矛盾日益凸显。鸡肉作为高蛋白低脂肪的优质食材，其富含的多不饱和脂肪酸(PUFAs)易发生氧化变质，加之沙门氏菌等食源性病原体的污染风险，使得开发兼具抗菌和抗氧化功能的活性包装成为研究热点。尽管锌氧化物纳米颗粒(ZnO NPs)因其光催化产生活性氧(ROS)的特性被广泛应用于食品包装，但单纯ZnO复合材料存在分散性差、细胞毒性较高等缺陷。

为突破这些技术瓶颈，研究人员创新性地利用板栗壳等食品副产物绿色合成了ZnO/碳量子点(ZnO/CQD)纳米复合材料。CQD不仅具有优异的自由基清除能力，其表面丰富的亲水基团更能促进纳米颗粒在琼脂基质中的均匀分散。通过将4-8 wt%的纳米填料掺入琼脂薄膜，成功构建出具有梯度功能的活性包装体系。

研究采用场发射扫描电镜(FE-SEM)结合能谱分析(EDS)证实了CQD对ZnO分散性的改善作用。在蓝光激发下，8ZCA8薄膜对接种的Escherichia coli等病原体展现出>3-log CFU/g的杀菌效率，对污染鸡肉的抗菌效果达2-log。通过DPPH和ABTS自由基清除实验发现，CQD的引入使抗氧化活性提升13-20%。细胞毒性试验显示该薄膜的生物安全性优于纯ZnO复合材料。在实际鸡肉4°C贮藏实验中，8ZCA8薄膜显著抑制了脂质过氧化和微生物增殖。

主要技术方法包括：1) 以板栗壳为原料绿色合成ZnO/CQD纳米复合材料；2) 溶液浇铸法制备含4-8 wt%纳米填料的琼脂薄膜；3) 采用FE-SEM、FTIR和XRD进行材料表征；4) 通过DPPH/ABTS法和TBA反应评估抗氧化性；5) 以E. coli等标准菌株进行光催化抗菌实验；6) 采用MTT法检测细胞毒性。

【材料表征】
FE-SEM显示8ZCA8薄膜表面纳米颗粒分布均匀，EDS谱图证实Zn、O、C元素的成功掺杂。XRD分析表明CQD的引入未改变ZnO的纤锌矿晶体结构，但使特征峰宽化，表明CQD抑制了ZnO晶粒生长。

【光催化抗菌】
在蓝光照射下，8ZCA8薄膜对E. coli、Salmonella Typhimurium和Listeria monocytogenes的抗菌效率分别达到3.2、3.1和2.9-log CFU/g，较纯ZnO薄膜(ZA8)提升约40%。鸡肉表面抗菌实验显示2-log的病原体减少量。

【抗氧化性能】
8ZCA8薄膜的DPPH清除率达78.4±2.1%，ABTS清除活性为82.3±1.8%，较ZA8薄膜分别提高17%和13%。贮藏实验证实其可有效抑制鸡肉脂肪氧化(TBARS值降低34%)。

【生物安全性】
MTT实验显示8ZCA8薄膜对Caco-2细胞的存活率(91.2±3.4%)显著高于ZA8薄膜(82.5±2.8%)，归因于CQD对Zn²⁺溶出的调控作用。

该研究首次将绿色合成的ZnO/CQD纳米复合材料应用于食品活性包装，通过CQD的多重功能协同效应，同步解决了传统生物薄膜机械性能差、抗菌效率低和氧化稳定性不足三大难题。8ZCA8薄膜在4°C冷藏条件下对鸡肉的保鲜效果显著优于纯琼脂薄膜，其环境友好特性和优异的综合性能为开发下一代可持续食品包装提供了重要参考。研究成果发表于《Food Hydrocolloids》，为食品工业的绿色转型提供了切实可行的技术方案。