咖啡酸接枝菊粉增强壳聚糖基薄膜的紫外屏障、抗氧化及抗菌性能及其在草莓保鲜中的应用

针对传统石油基塑料包装污染严重且功能单一的问题，研究人员通过将咖啡酸接枝菊粉（CA-g-In）引入壳聚糖基质，开发出兼具优异紫外屏障（UVB/UVC阻断率近100%）、抗氧化（DPPH清除率94%）和抗菌（对金黄色葡萄球菌MIC低至0.25 mg/mL）性能的可降解薄膜。该材料显著延长草莓货架期至8天，为食品活性包装提供了环保解决方案。

　　

随着全球每年产生4亿吨不可降解塑料垃圾，食品包装领域亟需开发环保替代材料。壳聚糖（chitosan）虽具生物可降解性，但其薄膜存在紫外（UV）屏障差、抗氧化和抗菌功能不足等缺陷，难以有效保护易腐食品。草莓等浆果因呼吸作用旺盛且表皮脆弱，在储运过程中易受氧化和微生物侵染，传统聚乙烯（PE）包装虽能阻隔水汽却会加速霉变。

中国海洋大学（Ocean University of China）的研究团队创新性地将咖啡酸（caffeic acid, CA）通过N,N'-羰基二咪唑（CDI）介导法接枝到菊粉（inulin）上，合成CA-g-In复合物，并以水溶性壳聚糖醋酸酯为基质制备系列活性薄膜。研究发现，当CA-g-In添加量为壳聚糖醋酸酯的1/8（w/w）时，薄膜的拉伸强度（48.00±1.81 MPa）和断裂伸长率（61.95±2.69%）同步提升；UVA-UVB波段透光率趋近于0%，DPPH自由基清除率达94%；对金黄色葡萄球菌（S. aureus）的最小抑菌浓度（MIC）降至0.25 mg/mL。草莓保鲜实验显示，高含量CA-g-In薄膜（CACI4）组8天后腐烂率仅12.5%，显著优于商用PE膜。该成果发表于《Food Chemistry: X》，为开发多功能生物基食品包装材料提供了新思路。

关键技术包括：（1）CDI活化法制备CA-g-In，通过FT-IR和¹H NMR验证酯键形成；（2）流延成膜工艺制备不同CA-g-In比例的复合膜；（3）紫外-可见分光光度法测定薄膜光学性能；（4）DPPH法和铁氰化钾还原法评估抗氧化活性；（5）微量肉汤稀释法测定抗菌效能；（6）8天草莓保鲜实验监测理化指标变化。

【3.1 合成与表征】CA-g-In的接枝率达211.32±4.60 mg CA/g产物，FT-IR在1739 cm^-1出现特征酯键峰，¹H NMR在5.60-8.80 ppm显示咖啡酰基质子信号，证实成功合成。

【3.2 薄膜特性】CACI1薄膜机械性能最优，TS和EAB分别比纯膜提高144%和466%；CACI4薄膜在200-400 nm波长透光率近乎为零， opacity值达12.72 A₆₀₀·mm^-1。SEM显示所有薄膜结构致密无相分离。

【3.3 抗氧化活性】CA-g-In含量与抗氧化性能正相关，0.4 mg/mL时DPPH清除率即达平台期（约94%），1.6 mg/mL时还原力超2.94。

【3.4 抗菌活性】CACI4对S. aureus和E. coli的MBC分别低至0.5 mg/mL和1 mg/mL，较纯壳聚糖膜提高16倍以上。

【3.5 保鲜应用】CACI4组草莓8天时硬度保持4.83 N，pH上升幅度最小，腐烂率仅为PE膜组的1/2，重量损失（约15%）显著低于空白组（48.33%）。

该研究通过分子设计将天然多酚与益生元多糖结合，不仅解决了壳聚糖薄膜功能性不足的问题，还避免了游离咖啡酸易迁移的缺陷。所开发的材料在机械强度、紫外阻隔与生物活性间实现平衡，其"抗氧化-抗菌"协同机制为浆果类食品保鲜提供了新策略。未来可通过调控CA-g-In的取代度进一步优化薄膜透湿性，推动其在生鲜电商领域的应用。