基于铜离子-溶菌酶纳米酶的多功能水凝胶膜在水果保鲜包装中的抗菌与抗氧化应用研究

为解决传统水果保鲜膜透气性差、缺乏抗菌功能及不可降解等问题，吉林大学研究人员开发了一种以PVA/TA/CuLyz为基质的抗氧化纳米酶水凝胶膜。该材料通过冻融循环和溶剂置换法制备，兼具3.49 MPa拉伸强度和615%断裂伸长率，并展现96%抗大肠杆菌（E. coli）和95%抗金黄色葡萄球菌（S. aureus）效能，可使草莓保质期延长6天。研究创新性地整合机器学习视觉识别技术实现腐败智能监测，为食品包装领域提供环保解决方案。

　　

水果保鲜一直是食品科学领域的重大挑战。传统聚乙烯（PE）保鲜膜虽然成本低廉，但存在透气性差、易引发水果无氧呼吸产生酒精、缺乏抗菌性以及不可降解等缺陷。据统计，全球每年因水果腐败造成的经济损失高达数百亿美元，而传统塑料包装带来的白色污染更是加剧了环境危机。在此背景下，具有三维网络结构的水凝胶薄膜因其优异的保湿性、透气性和生物相容性崭露头角，但机械强度不足和功能单一等问题制约了其实际应用。

吉林大学研究团队在《Food Research International》发表的研究中，创新性地将铜离子（Cu²⁺）与溶菌酶（Lyz）自组装形成CuLyz纳米酶，再与聚乙烯醇（PVA）、单宁酸（TA）复合构建多功能水凝胶膜。通过冻融循环-溶剂置换法制备的PVA/TA_0.3/CuLyz_0.4薄膜，其力学性能突破性达到3.49 MPa拉伸强度和615%断裂伸长率，解决了运输碰撞导致的膜破损难题。研究采用扫描电镜表征纳米酶形貌，通过DPPH和ABTS实验验证抗氧化活性，并建立机器学习模型实现腐败视觉识别。

材料设计与表征
电子显微镜显示CuLyz纳米酶均匀分散于凝胶网络，X射线光电子能谱证实Cu²⁺与Lyz的咪唑基成功配位。傅里叶变换红外光谱揭示TA的酚羟基与PVA形成氢键交联，构建致密网络结构。

力学与屏障性能
薄膜的断裂能达45.3 kJ/m³，氧气透过率降低68%，紫外阻隔率超过90%。水蒸气透过率测试显示其能有效维持包装内湿度平衡。

抗菌与保鲜效果
对E. coli和S. aureus的抑菌率分别达96%和95%。草莓保鲜实验表明，处理组第6天仍保持90%完好率，而对照组已出现明显霉变。机器学习模型通过颜色特征识别腐败的准确率达92.7%。

生物相容性
CCK-8实验显示薄膜浸提液处理后的细胞存活率>85%，符合食品接触材料安全标准。

该研究通过金属蛋白配位工程和多重交联策略，首次实现纳米酶水凝胶膜"力学强度-抗菌-抗氧化"三重性能协同提升。其创新点在于：① 利用Lyz双重功能（抗菌载体+金属配体）简化制备流程；② TA的引入同时增强力学性能和抗氧化活性；③ 集成智能传感实现保鲜状态可视化监控。这项技术不仅将草莓货架期延长40%，其可降解特性更可减少每年约200万吨塑料包装污染。研究为开发下一代智能保鲜材料提供了新范式，相关技术已申请吉林省重点研发计划支持（20240303053NC）。未来通过调整金属离子种类（如Ag⁺、Zn²⁺），该平台还可拓展至海鲜、肉类等易腐食品保鲜领域。