柑橘精油强化生物基活性包装在草莓和番茄保鲜及真菌控制中的应用与机制研究

本研究针对草莓和樱桃番茄易腐败及真菌污染问题，开发了基于聚乳酸(PLA)和聚丁二酸-己二酸丁二酯(PBSA)的生物可降解活性包装材料，通过整合壳聚糖(CHT)和柑橘精油(MEO)实现双重功能：抑制大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)生长（最高抑制率100%），维持果实硬度、可溶性固形物(TSSC)和糖酸比等品质参数，并显著减少灰霉病(Botrytis cinerea)感染。该研究为减少食品损失、推动农业食品领域循环生物经济发展提供了可持续解决方案。

　　

新鲜草莓(Fragaria × ananassa)和樱桃番茄(Solanum lycopersicum var. cerasiforme)因其鲜艳色泽、迷人风味和丰富营养而广受欢迎，但它们质地娇嫩、易受损且易受微生物侵染，采后损失严重。灰霉病(Botrytis cinerea)是导致这些果实采后腐烂的主要病原体之一，尤其在贮藏期间代谢活动增强、易感性上升时更为猖獗。传统上，采后腐烂管理多依赖合成杀菌剂，但因其对人类健康的风险、环境污染及耐药菌株出现等问题，亟需更安全替代方案。此外，食源性细菌如大肠杆菌(Escherichia coli)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)也对新鲜农产品安全和货架期构成严重威胁。尽管良好卫生和贮藏实践有助降低风险，但有效预防腐败和污染在整个供应链中仍面临挑战。

包装在减少食品浪费和保持易腐商品质量方面扮演核心角色。石油基塑料虽广泛应用，但其一次性使用特性和低回收率导致环境污染日益严重。全球关切推动了对可再生资源生物可降解包装材料的开发兴趣。聚乳酸(Polylactic acid, PLA)和聚丁二酸-己二酸丁二酯(Poly(butylene succinate-co-adipate), PBSA)是最有前景的可生物降解聚合物，但它们固有的局限性如高亲水性、低气体阻隔性和中等热稳定性，需进一步改进以满足新鲜农产品包装的功能需求。

壳聚糖(Chitosan, CHT)作为一种源自几丁质的多功能生物聚合物，因其优异成膜性、天然抗菌活性及与其他添加剂的相容性，在生物基包装中极具吸引力。近期进展强调将精油(Essential oils, EOs)如红柑橘精油(Mandarin essential oil, MEO)融入壳聚糖基基质中，利用挥发性植物化学物质的广谱抗菌效应，同时增强可持续性并减少合成化学物质投入。然而，将高分子量CHT和EOs系统整合到PLA和PBSA基包装系统中，并全面评估其对微生物抑制及鲜果理化营养品质的协同效应，研究仍有限。

为此，研究人员开发了新型活性包装材料，包括草莓用PLA基托盘和番茄用PBSA基小袋，整合CHT和MEO，以兼具天然抗菌活性和果实品质保存功能。该研究旨在填补这一关键研究空白，通过开发和表征这些先进包装材料，评估其抑制真菌和细菌生长的有效性，并评价其对草莓和樱桃番茄品质及营养特性的影响。相关成果发表在《Postharvest Biology and Technology》。

研究采用双螺杆挤出和热成型技术制备包装材料。CHT经塑化后与PLA或PBSA复合，MEO通过蠕动泵注入。包装机械性能通过万能试验机测定，水蒸气透过率(WVTR)和氧气透过率(OTR)分别使用水蒸气渗透分析仪和氧气透过率测试仪测量。抗菌活性依ISO 22196:2011评估，以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为指示菌。草莓和樱桃番茄来自意大利本地市场，经表面消毒后接种灰霉病菌孢子，贮藏于4°C(草莓)或22°C(番茄)。果实品质参数包括硬度(FR)、可溶性固形物(TSSC)、可滴定酸度(TA)、糖酸比和成熟进程指数(RPI)。总酚类(TPC)和类黄酮(TFC)含量通过Folin-Ciocalteu法和比色法测定，抗氧化活性通过ABTS和FRAP assays评估，类胡萝卜素含量通过HPLC分析。数据以均值±标准差表示，采用ANOVA和Duncan's检验进行统计分析。

3.1. 包装机械、阻隔及抗菌性能评估

添加CHT和MEO使PBSA和PLA薄膜的杨氏模量(YM)和拉伸强度(TS)降低，但断裂伸长率(EB)无显著变化。WVTR和OTR测定显示，PBSA/CHT/MEO薄膜的WVTR为1.65 × 10^?4 ± 0.05 kg·m^?2·s^?1，与纯PBSA无显著差异；PLA基薄膜也呈现类似趋势。OTR方面，PBSA基薄膜显著低于PLA基薄膜。抗菌测试表明，PBSA/CHT/MEO薄膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率分别达100%和100%，而PLA/CHT/MEO对金黄色葡萄球菌抑制率提升至97%。

3.2. 活性包装对鲜果品质的影响

在樱桃番茄中，PBSA/CHT/MEO包装使接种灰霉病菌的果实TSSC提升26.3%，糖酸比增加63.3%，但TA降低25.6%。草莓中，接种导致PLA包装果实TSSC降低15.5%，但其他参数无显著变化。总体而言，活性包装维持了大多数品质参数，差异仅特定条件下出现。

3.2.1. 总酚和类黄酮浓度

番茄中，PBSA包装下接种使TPC显著降低、TFC显著升高，而PBSA/CHT和PBSA/CHT/MEO包装无此差异。草莓中，TPC和TFC在接种与未接种样品间无显著变化。

3.2.2. 抗氧化活性

ABTS和FRAP assays显示，接种番茄在PBSA包装下抗氧化活性升高，而PBSA/CHT/MEO包装下降低。草莓中，不同包装间抗氧化活性无显著差异。

3.2.3. 类胡萝卜素浓度

番茄中，叶黄素、六氢番茄红素和八氢番茄红素含量在包装处理间无显著差异。接种使PBSA包装八氢番茄红素含量显著增加，PBSA/CHT/MEO包装下降低。草莓中，接种降低PBSA/CHT和PBSA/CHT/MEO包装叶黄素含量，对六氢番茄红素和八氢番茄红素的影响因包装而异。

该研究证实，生物可降解复合材料添加精油可提升鲜果品质并延长货架期。MEO主要成分柠檬烯(limonene)具抗菌抗真菌特性，与CHT协同增强抗微生物效果。包装未显著改变果实主要品质属性，但上下文依赖性地影响营养化合物。WVTR和OTR结果突显材料依赖性响应，塑化剂添加影响气体扩散。活性生物复合包装可能通过减少氧化应激、控制水分交换和调节内部气氛来抑制真菌发育并延迟衰老。

该研究首次将高分子量CHT和MEO整合入PLA和PBSA基质，用于两种模型鲜果的实际贮藏保鲜。开发天然抗菌剂增强的可生物降解活性包装，符合全球减少食品损失和促进可持续食品系统的努力，呼应联合国可持续发展目标(SDG 12.3)。通过延长草莓和番茄等易腐商品货架期，这些材料有望减少采后损失并降低合成杀菌剂使用和一次性塑料的环境足迹。然而，缺乏单组分对照和未评估MEO释放动力学限制了对个体效应和长期性能的理解。未来研究需优化EO浓度、评估感官质量和消费者接受度，以推动技术商业化。