温度敏感型控释PLA基薄膜的研发及其在草莓保鲜中的应用

为解决草莓采后易腐和传统包装污染问题，研究人员开发了一种负载柠檬精油(LEO)和温敏材料聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)的聚乳酸(PLA)电纺薄膜。该薄膜在20℃和40℃下24小时LEO累积释放率分别达24.41%和66.82%，较对照组显著提升39.50%和9.91%，能有效抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和灰葡萄孢菌生长(P<0.05)，使草莓腐烂率和失重率显著降低，品质劣变延迟，为生鲜农产品智能包装提供新方案。

　　

草莓被誉为"水果皇后"，其鲜艳的色泽、柔软多汁的质地和丰富的营养价值深受消费者喜爱。作为中国重要的经济作物，草莓年产值高达50亿美元。然而这种娇嫩的水果采后呼吸代谢旺盛，在储运过程中极易因温度波动导致腐败变质，传统聚乙烯包装不仅造成白色污染，还难以满足保鲜需求。如何开发兼具环保性和功能性的新型保鲜材料，成为当前农产品采后领域的重要课题。

针对这一难题，来自上海农业科技创新计划项目组的研究人员创新性地将温敏材料聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)与天然抗菌剂柠檬精油(LEO)共同负载于聚乳酸(PLA)基电纺薄膜中，构建出智能控释保鲜系统。这项发表于《Food Packaging and Shelf Life》的研究表明，该复合材料能根据环境温度变化精准调控抗菌成分释放，显著延长草莓保鲜期。

研究人员采用电纺丝技术制备纳米纤维薄膜，通过扫描电镜观察纤维形貌，差示扫描量热法测定热性能，万能试验机测试力学性能，并建立体外抗菌实验评估对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和灰葡萄孢菌的抑制效果。通过模拟不同温度(20℃和40℃)下的精油释放实验验证温敏控释特性，最终将最优配方的薄膜应用于草莓实际保鲜试验。

【材料与方法】

研究选用分子量100kDa的PLA和300kDa的PNIPAAm作为基材，六氟异丙醇为溶剂，采用静电纺丝技术制备复合薄膜。通过调整工艺参数控制纤维直径在300-400nm范围，确保材料具有理想的机械强度和孔隙结构。

【形态学表征】

电镜观察显示，纯PLA纤维呈均匀网状结构，而PNIPAAm/LEO/PLA复合纤维呈现规整圆柱形，平均直径367.1nm，无串珠现象。这种均匀的纤维结构为活性成分的控释提供了理想载体。

【温敏控释特性】

在20℃和40℃下，PNIPAAm/LEO/PLA薄膜24小时LEO累积释放率分别为24.41%和66.82%，较不含PNIPAAm的对照组分别提升39.50%和9.91%。这种显著的温敏释放特性源于PNIPAAm在32℃附近发生的亲水-疏水相变。

【抗菌性能】

复合薄膜对食源性致病菌(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)及草莓主要致病菌(灰葡萄孢菌)均表现出显著抑制效果(P<0.05)，这归功于LEO中萜烯类化合物的抗菌作用与PNIPAAm温敏控释的协同效应。

【保鲜应用】

在草莓贮藏实验中，处理组腐烂率和失重率显著降低，硬度、可溶性固形物等品质指标劣变速度明显延缓。特别是在模拟夏季温度波动的条件下，薄膜能自发调节抗菌剂释放速率，展现出优异的智能保鲜性能。

这项研究首次将PNIPAAm温敏材料应用于食品保鲜领域，开创性地解决了活性包装中活性成分突释和释放不可控的难题。所开发的PNIPAAm/LEO/PLA复合薄膜不仅具有可降解的环保特性，还能根据环境温度智能调控抗菌剂释放，为生鲜农产品采后保鲜提供了全新的解决方案。该技术有望推广至其他易腐果蔬的保鲜应用，对减少食品浪费、推动绿色包装发展具有重要意义。