通过超临界CO?萃取法制备的负载有Pseuderanthemum palatiferum叶提取物的可生物降解壳聚糖薄膜的合成：特性、抗菌性能及水果保鲜效果

《The Journal of Supercritical Fluids》：Synthesis of biodegradable chitosan film loaded with Pseuderanthemum palatiferum leaf extract obtained by supercritical CO 2 extraction: Characterization, antibacterial properties, and fruit preservation

本研究利用超临界CO?技术提取Pseuderanthemum palatiferum叶中的多酚，并与壳聚糖结合制备薄膜。通过系统评估薄膜的机械性能、生物降解性、抗菌活性及保鲜效果，发现添加1%叶提液的薄膜在机械强度、水蒸气阻隔和抗菌性方面表现最佳，可有效延长樱桃和番石榴的保质期至9天和5天，并证实其作为环保食品包装材料的潜力。

　　### 解读：基于超临界CO?技术的植物提取物与壳聚糖复合材料在食品包装中的应用研究

本研究聚焦于利用超临界CO?技术从植物中提取富含多酚的物质，并将其与壳聚糖结合，制备出具有抗菌和食品保鲜功能的复合材料薄膜。研究背景源于当前食品包装材料中对环保和可持续性的重视。传统材料如石油基聚合物虽然具有成本低、易合成和良好的机械性能，但其生物降解性差、可能含有有毒物质，因此开发新型环保包装材料成为研究热点。壳聚糖作为一种天然生物聚合物，因其良好的生物相容性、生物降解性和抗菌性能，成为食品包装材料的理想选择。然而，其性能仍有待提升，特别是在抗菌性和保鲜能力方面。

研究团队选用了一种名为“Hoan Ngoc”的药用植物——*Pseuderanthemum palatiferum*，其叶片富含多种生物活性成分，包括多酚、黄酮类化合物等，这些成分具有广泛的药理作用，如抗菌、抗氧化、抗炎等。因此，通过超临界CO?技术提取其多酚成分，再将其与壳聚糖结合，有望开发出一种性能更优的食品包装材料。研究过程中，通过溶液浇铸法制备了不同浓度的PPLE（*P. palatiferum*叶提取物）与壳聚糖复合的薄膜材料，并对其物理性能、机械性能、抗菌性能及食品保鲜效果进行了系统评估。

#### 提取方法与材料特性

在提取过程中，研究采用了超临界CO?技术，这是一种高效、选择性强且无溶剂残留的提取方法。与传统的真空、索氏提取和加热提取相比，该技术能够更有效地保留生物活性成分，同时减少对环境的负担。实验设定在349 bar和60 °C的条件下进行，持续时间为2小时，使用乙醇作为共溶剂。这一参数设置经过初步实验验证，以确保提取物中多酚的含量最大化。提取后的PPLE样品被保存在4 °C环境中，以保持其活性。

壳聚糖薄膜的制备采用了溶液浇铸法，这一方法简单且适用于大规模生产。实验中，壳聚糖粉末与1%的乙酸溶液混合，形成均匀的溶液，随后加入30%的甘油作为增塑剂，以改善薄膜的柔韧性和延展性。不同浓度的PPLE（1%、2%和3%）被依次加入壳聚糖溶液中，进行磁力搅拌以确保均匀混合。最终，将混合液倒入塑料培养皿中，在低于40 °C的环境中干燥，形成薄膜。该方法不仅操作简便，还能保证薄膜的结构稳定性和均匀性。

#### 物理与机械性能评估

为了评估所制备薄膜的物理性能，研究团队对其颜色、透光性、含水量、吸水性、水蒸气透过率及接触角等进行了系统分析。颜色的变化反映了PPLE中生物活性成分的引入对薄膜的影响。实验结果显示，随着PPLE浓度的增加，薄膜的颜色逐渐由透明变为深棕色，这可能与PPLE中多酚类物质的氧化或与壳聚糖分子之间的相互作用有关。同时，透光性分析表明，PPLE的加入显著降低了薄膜的透光性，尤其是在紫外光范围内，这有助于保护食品免受紫外线辐射，从而延长其保质期。

含水量和吸水性是衡量薄膜是否适合用于食品包装的重要指标。研究发现，随着PPLE浓度的增加，薄膜的含水量和吸水性显著降低，表明PPLE可能通过形成氢键网络，减少壳聚糖与水分之间的相互作用。水蒸气透过率（WVP）的降低进一步支持了这一结论，表明PPLE的加入提高了薄膜的阻隔性能，有助于防止水分和微生物的渗透。此外，接触角的测定显示，PPLE的加入显著提高了薄膜的疏水性，这意味着薄膜能够更有效地防止水分和微生物的侵入，从而延长食品的保鲜期。

#### 抗菌性能分析

抗菌性能是食品包装材料的关键功能之一。实验采用琼脂扩散法对CS（壳聚糖）、CS-PPLE1、CS-PPLE2和CS-PPLE3薄膜进行了抗菌测试，评估其对革兰氏阳性菌（如*Bacillus subtilis*和*Staphylococcus aureus*）及革兰氏阴性菌（如*Salmonella enterica*和*Escherichia coli*）的抑制效果。结果显示，PPLE的加入显著增强了薄膜的抗菌能力，其中对*E. coli*的抑制效果尤为突出。这一现象可能归因于PPLE中多酚类物质对细菌细胞膜的破坏作用，以及其对细菌生长的抑制效果。

此外，FTIR分析和SEM图像进一步揭示了PPLE与壳聚糖之间的分子间作用力。研究表明，PPLE中的酚羟基与壳聚糖的氨基之间形成了较强的氢键，这种相互作用不仅影响了薄膜的物理性能，还增强了其抗菌能力。同时，EDS分析显示，PPLE的加入提高了薄膜中碳和氮的含量，表明其与壳聚糖之间存在良好的结合。

#### 食品保鲜效果评估

为了验证所制备薄膜的实际应用价值，研究团队对其在食品保鲜中的表现进行了评估。实验选取了柿子（*Diospyros kaki*）和糖苹果（*Annona squamosa*）作为测试对象，分别在室温下存放9天和5天。结果显示，与对照组相比，使用CS-PPLE薄膜的柿子和糖苹果在保鲜性能上表现出显著优势。对照组和纯壳聚糖薄膜的水果在存放期间出现了明显的变色、腐烂和液体流失现象，而CS-PPLE薄膜则有效抑制了这些现象的发生，使得水果保持了较好的外观和色泽。同时，重量损失的测定表明，PPLE的加入显著降低了水果的失重率，进一步验证了薄膜的保鲜效果。

通过对比不同浓度的PPLE对薄膜性能的影响，研究团队发现，1%的PPLE浓度在保持薄膜良好机械性能的同时，提供了最佳的抗菌和保鲜效果。然而，随着PPLE浓度的增加，薄膜的延展性逐渐下降，这可能与PPLE分子之间的聚集作用有关。因此，选择合适的PPLE浓度对于平衡薄膜的机械性能和功能特性至关重要。

#### 生物降解性测试

为了评估薄膜的环境友好性，研究团队进行了土壤埋藏实验。实验表明，所有薄膜在21天后均表现出良好的生物降解性，其中CS-PPLE薄膜的降解速度更快，表明其在自然环境中能够迅速分解，减少对环境的污染。这一特性使得CS-PPLE薄膜成为一种具有潜力的可降解食品包装材料，符合当前对环保材料的需求。

#### 研究意义与未来展望

本研究成功地将超临界CO?提取技术与壳聚糖薄膜制备相结合，为开发新型环保食品包装材料提供了理论依据和实验支持。PPLE的加入不仅提高了薄膜的抗菌性能，还增强了其阻隔性能，使其在食品保鲜方面表现出色。此外，薄膜的生物降解性使其在环境可持续性方面具有明显优势。

然而，尽管实验结果表明CS-PPLE薄膜在抗菌和保鲜方面表现出色，但其在实际应用中仍需进一步研究。例如，需要探讨其在不同储存条件下的长期稳定性，以及对食品质地和营养价值的影响。此外，不同浓度的PPLE对薄膜性能的具体影响机制仍需深入分析，以优化其配方和应用范围。

综上所述，本研究通过超临界CO?提取技术获得的PPLE与壳聚糖结合，成功制备出一种具有抗菌和保鲜功能的可降解薄膜材料。这一成果不仅为食品包装领域提供了新的解决方案，还推动了环保材料的发展。未来的研究可以进一步探索该材料在不同食品类型和储存条件下的适用性，以及其在工业生产中的可行性。