基于大麻花粉提取物的果胶活性包装膜对无核黑葡萄花青素的保护作用及机制研究

本研究针对新鲜葡萄采后易腐败及花青素易降解问题，开发了一种含大麻花粉提取物（富含CBD和CBN）的果胶-卡拉胶复合薄膜。研究发现，该薄膜能有效阻隔氧气和光线，减缓花青素降解与过度合成，维持果实色泽和品质。2.0%提取物添加的薄膜使贮藏14天后花青素含量稳定在0.51±0.02%，同时显著改善薄膜机械强度（TS=29.07 MPa）和水蒸气阻隔性（WVTR=3.36 g/m2·d）。该研究为开发可持续活性包装材料提供了新策略，符合循环经济与食品安全需求。

　　

新鲜葡萄是全球产量最大的水果之一，2023年全球产量超过7350万吨，意大利、中国、法国和美国是主要生产国。葡萄富含多酚类生物活性化合物，如花青素（anthocyanins）、酚类化合物、白藜芦醇和类黄酮，这些成分具有抗氧化、抗炎和抗癌作用，对预防慢性疾病有积极影响。然而，新鲜葡萄采后面临严重的腐败问题，因其高水分和糖含量使其易受微生物侵染，且在贮藏过程中易发生水分流失、呼吸作用增强，导致品质迅速下降。花青素作为主要的色素和抗氧化剂，对光、氧和温度高度敏感，在贮藏过程中容易降解，导致果实变色和营养价值损失。

目前，大多数食品包装仍采用不可再生的合成材料，这些材料虽具有良好的屏障和机械性能，但会产生大量不可降解的固体废物，引发环境问题。随着环保意识的增强和可持续替代材料的需求上升，生物聚合物基包装材料受到广泛关注。其中，多糖类材料如果胶（pectin）、卡拉胶（carrageenan）和 sclerotium gum 因其优异的成膜性、生物降解性和携带生物活性化合物的能力，成为研究热点。果胶作为植物细胞壁的主要成分，具有生物相容性、高可用性、低成本和低毒性等优点，被广泛应用于食品包装领域。然而，针对无核黑葡萄（Thompson seedless）的果胶基活性包装研究尚未见报道。

本研究由波兰波兹南经济大学非食品产品质量与包装开发系的Renata Dobrucka和Marcin Szymański团队开展，旨在开发一种基于果胶的多糖薄膜，融入大麻（Cannabis sativa L.）花粉提取物，用于保护无核黑葡萄的花青素稳定性，并评估其包装性能。研究成果发表在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》上，为可持续活性包装材料的开发提供了新思路。

研究人员主要采用以下关键技术方法：首先，通过乙醇萃取法制备大麻花粉提取物，并利用GC-MS分析其成分，发现主要活性成分为cannabidiol (CBD, 94.37%)和cannabinol (CBN, 1.14%)；其次，以柑橘果胶、κ-卡拉胶和sclerotium gum为基质，按质量比1:1:1:100溶于蒸馏水，添加0.5%、1.0%和2.0%重量百分比的提取物，通过磁力搅拌（800 rpm, 75 min, 105°C）均质化后浇铸成膜，室温干燥72小时，获得薄膜样品（标记为0F、0.5F、1.0F和2.0F）；然后，使用数字千分尺测定薄膜厚度，FTIR分析分子结构，色度计测量颜色参数（L, a, b*），并测试水蒸气透过率（WVTR）和机械性能（拉伸强度TS和断裂伸长率）；最后，将新鲜无核黑葡萄包装于薄膜中，在避光条件下贮藏14天，定期测定果实花青素含量（通过甲醇萃取和分光光度法在528 nm波长计算）和颜色变化，并采用扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDX）观察薄膜形貌和元素组成。数据通过单因素方差分析（ANOVA）和Duncan检验（α=0.05）进行统计处理。

3.1. GC-MS of ethanolic extract of Cannabis sativa L

GC-MS分析显示，大麻花粉提取物中主要活性成分是cannabidiol (CBD, 94.37%)和cannabinol (CBN, 1.14%)。CBD是一种非精神活性大麻素，具有强抗氧化性，可发挥抗焦虑、抗抑郁和抗炎作用；CBN是Δ9-THC的氧化产物，具有抗癌、抗菌、镇痛和抗炎特性。这些成分的加入为薄膜提供了生物活性功能，有助于保护花青素免受氧化降解。

3.2. FTIR studies of the films

FTIR光谱显示，所有薄膜样品在3305 cm^-1（OH振动）、2889 cm^-1（C-H伸缩振动）、1610 cm^-1（羧酸和酰胺I）、1414 cm^-1（C-O伸缩）以及1021、921和843 cm^-1（果胶的呋喃结构和吡喃环）处有特征吸收峰。吸收峰位置相似，但振幅随提取物含量变化，表明提取物与多糖基质间通过氢键和交联作用形成了均匀分散的结构，增强了薄膜的分子稳定性。

3.3. Test of the mechanical and barrier properties of the obtained films

机械性能测试表明，添加提取物后薄膜的拉伸强度（TS）和断裂伸长率显著提高。1.0F和2.0F薄膜的TS分别为28.92±6.26 MPa和29.07±5.16 MPa，断裂伸长率分别为68.58±18.52%和70.94±7.46%。这归因于提取物中的多酚与多糖分子形成氢键和交联，增强了网络结构。水蒸气屏障测试显示，添加提取物降低了WVTR值，即提高了阻水性。0.5F薄膜的WVTR最低（3.36±0.66 g/m²·d），表明0.5%提取物浓度为最优选择。屏障性能的改善与提取物中CBD和CBN的疏水性以及分子间相互作用有关。

3.4. Testing of thickness, density and swelling index of films

薄膜厚度和密度随提取物添加而增加，0.5F、1.0F和2.0F样品的密度分别为1.2186±0.0238 g/cm³、1.2556±0.0235 g/cm³和1.2637±0.0123 g/cm³。溶胀指数测试显示，添加提取物后指数降低（0F为2420±30，0.5F为1303±96），表明提取物使薄膜更疏水，减少了水分吸收，这有利于食品包装的应用。

3.5. Film colour tests before and after packaging

颜色测试表明，添加提取物后薄膜亮度（L）降低，红（a）和黄（b*）色成分增加，且提取物浓度越高，变化越明显。贮藏14天后，薄膜颜色参数变化缓慢，尤其是2.0F薄膜，表明其光学稳定性较高。这源于提取物中的色素化合物和活性成分的分散效应。

3.6. Fruit colour tests before and after the packaging process without film

未包装果实的颜色测试显示，贮藏期间亮度（L）下降，红色（a）增加，黄色（b）减少，表明果实发生氧化应激和色素降解。第8天时a和b*参数变化显著（p<0.05），果实完整性下降，证实了采后腐败的加速。

3.7. Fruit colour tests after incubation in the tested films

包装后果实的颜色参数变化缓慢。2.0F薄膜中果实的L、a和b*参数最稳定，表明薄膜有效减缓了氧化应激和色素变化。果实颜色自然，无急剧变化，证明薄膜具有保护功能。

3.8. Determination of anthocyanins in fruit during storage in packaging obtained

花青素含量测定显示，未包装果实的花青素在贮藏后期显著增加（p<0.05），源于氧化应激导致的过度合成。而在2.0F薄膜中，花青素含量保持稳定（14天后为0.51±0.02%），表明薄膜通过限制光线和氧气 access，减缓了降解和挥发过程。0.5F和1.0F薄膜也表现出 gradual increase，但变化不显著（p>0.05）。

3.9. SEM and EDX analysis

SEM图像显示所有薄膜表面光滑、无裂纹或相分离，呈现连续微观结构，证实组分间相互作用强烈。EDX分析表明薄膜无杂质或有毒金属，适用于食品包装。

研究结论表明，基于果胶的多糖薄膜加入大麻花粉提取物后，显著改善了机械性能和屏障特性，尤其是水蒸气阻隔性（WVTR最低3.36 g/m²·d）。薄膜通过限制光线和氧气 access，有效减缓了无核黑葡萄花青素的降解和过度合成，维持了果实色泽和品质。2.0%提取物添加的薄膜使花青素含量在14天贮藏后稳定在0.51±0.02%，同时薄膜表现出高拉伸强度（29.07 MPa）和柔韧性（70.94%断裂伸长率）。该研究不仅为葡萄保鲜提供了可持续的活性包装解决方案，还符合联合国可持续发展目标（SDG 12、SDG 3和SDG 13），通过使用可生物降解材料减少合成塑料污染，促进循环经济和公共健康。未来，这种薄膜可扩展到其他易腐水果和蔬菜的包装应用，推动食品包装行业向环保和功能化方向发展。