生物活性PLA基薄膜，通过添加农业工业副产品进行增强，用于新鲜切开的菠萝（Ananas comosus L.）片状的保质期评估

《Food Quality and Preference》：Bioactive PLA-based films reinforced with agro-industrial by-products for the shelf-life evaluation of fresh-cut pineapple ( Ananas comosus L.) slices

利用洋葱皮粉（OPP）、梅洛葡萄渣粉（MWP）和西拉葡萄渣粉（SWP）制备不同浓度的PLA基薄膜，评估其冷藏12天对鲜切菠萝片（FCPS）的保鲜效果。实验表明，添加OPP的PLA薄膜显著提升抗氧化、抗菌活性及机械性能，并有效维持FCPS的色泽（L*值）和营养成分。该研究为农业废弃物资源化在可降解食品包装中的应用提供了新证据。

　　本研究旨在利用洋葱皮粉（OPP）、赤霞珠葡萄酿造废料粉（MWP）和西拉葡萄酿造废料粉（SWP）制备基于聚乳酸（PLA）的薄膜，并在不同浓度（1%和2%，w/v）下研究其对冷藏储存12天的鲜切菠萝片（FCPS）品质的保持效果。实验结果显示，基于PLA的薄膜在抗氧化和抗菌活性方面优于对照PLA，同时在机械性能和氧气阻隔性方面也有所提升。特别是2%浓度的薄膜表现出更显著（p < 0.05）的改善效果。添加这些粉末到PLA中释放了酚类和黄酮类化合物，这些成分有助于提升薄膜的功能性。实验中发现，OPP1和OPP2的吸水能力显著（p < 0.05）高于MWP1、MWP2、SWP1和SWP2。通过扫描电子显微镜（SEM）分析确认了这些粉末在PLA基质中的成功掺入。X射线衍射分析表明，OPP1、OPP2和MWP1在无定形PLA中形成了结晶相。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析也证实了添加粉末中的成分在PLA基质中的存在。将基于PLA的薄膜应用于FCPS上，结果表明PLA/OPP1显著（p < 0.05）抑制了冷藏储存期间的微生物生长，并保持了水果的品质。处理后的样品在L*、a*、b*和ΔE*值方面显著高于对照PLA，而在重量损失、pH值、总可溶性固形物（TSS）和总酸度（TA）方面表现出不同的变化趋势。研究表明，农业工业副产品可以作为制备PLA基薄膜的经济有效且合适的来源，用于水果保鲜。

随着消费者对食品安全和食品品质的关注日益增加，开发智能和活性包装材料已成为延长食品保质期的重要手段（Kaewprachu等，2015）。同时，功能性可生物降解包装材料，如聚乳酸（PLA）、壳聚糖、海藻酸钠和pullulan等的开发在过去的20年中迅速增长（Lazaridis等，2025）。每年约有3.8亿吨合成塑料的生产，加上对一次性塑料使用的抵制运动，进一步推动了寻找环保替代品用于食品包装的必要性（Groh等，2019；Gulzar等，2022）。此外，食品浪费是一个全球性问题，超过50%的植物产品在到达消费者之前就已经被浪费，而在消费后，不同水果和蔬菜的果皮、种子和果渣等部分也常常被丢弃（Zhang & Sablani，2021）。因此，充分利用和加工这些食品废弃物副产品来制备可生物降解包装材料具有重要意义。

洋葱（Allium cepa L.）是全球消费量最高的食物之一，印度每天会产生300至500公斤的洋葱废弃物（Salunkhe等，2022），这促使研究人员开始利用这些废弃物。洋葱皮富含果胶寡糖、益生元类胶体（Benito-Román等，2024）和多糖，这些成分有助于开发可食用和可生物降解的包装材料（Kumar等，2022）。此外，洋葱皮中含有丰富的生物活性植物化学物质，如黄酮类化合物和酚类物质、生物碱和皂苷，具有抗氧化、抗炎和抗癌的特性（Chadorshabi等，2022；Cruz等，2023）。

同样地，红葡萄酿造废料（即红葡萄皮、籽、果肉等）也是一种丰富的农业工业副产品，含有多种多糖、多酚和蛋白质（Samani等，2025）。此外，果胶是一种结构多样的类胶体，由半乳糖醛酸基团和不同中性糖组成，占红葡萄酒渣总成分的约20%（Méndez等，2023）。尽管红葡萄酒渣富含生物活性成分，但通常被丢弃在垃圾填埋场，造成严重的环境和经济问题（Kannah等，2020）。因此，洋葱皮和红葡萄酒渣的特性为开发具有多种功能的类胶体系统提供了动机，同时它们的利用和掺入可生物降解基质也显得尤为重要。

聚乳酸（PLA）是一种脂肪族聚酯，是一种天然的生物聚合物，由乳酸单体组成，这些单体来源于富含碳水化合物的农业产品（如淀粉、玉米、甘蔗等）的发酵（Nilsuwan等，2018）。PLA是一种理想的非离子聚合物基质，具有高度的疏水性，这有助于将其与高度亲水性的材料（如洋葱皮和红葡萄酒渣）结合，以开发具有多种功能的类胶体系统（Xu等，2025）。此外，PLA已被美国食品药品监督管理局（FDA）批准为食品包装应用的安全材料，并被归类为GRAS（一般认为安全）（Gulzar等，2022；Swetha等，2023）。然而，PLA的力学性能和氧气阻隔性较低，且热稳定性差，这些特性限制了其作为食品包装材料的广泛应用（Gulzar等，2022；Roy & Rhim，2020）。因此，近年来研究人员尝试通过各种方法改善PLA的性能，以更好地满足食品工业的需求（Altan等，2018；González & Igarzabal，2013；Karabagias等，2024；Koutoulis等，2024；Nilsuwan等，2020）。

活性包装是一种技术解决方案，它通过在包装材料中加入不同成分，使其能够释放生物活性物质到包装的食品中，从而发挥抗氧化和抗菌作用，同时防止脂质氧化（Vicario等，2024）。将多糖类物质添加到生物塑料中可以赋予薄膜多种功能，如良好的氧气渗透性和抗菌性（Cazón等，2017；Florido-Moreno等，2024）。因此，PLA和天然多糖因其无毒性和生物安全性而受到广泛关注，以替代传统的石油基包装材料（Zhao等，2025）。

菠萝（Ananas comosus L.）是世界上最知名的热带水果之一，主要种植于南美洲，可以新鲜食用或加工成多种食品（Ali等，2020）。菠萝的加工使其变得极易腐烂，导致快速氧化、褐变效应和微生物污染，从而限制了其保质期（Heras-Mozos等，2022）。然而，尽管菠萝具有酸性pH值和较高的抗氧化活性，一些研究报道了鲜切菠萝中仍可能存活食品中的致病菌，如大肠杆菌O157:H7和沙门氏菌（Abadias等，2012；Feng等，2017）。虽然已有多个研究探讨了鲜切菠萝在聚乙烯袋中的储存效果（Liao等，2024），以及使用聚丙烯的改良气氛包装（Tian等，2023）、基于蜂蜜和大豆蛋白的涂层（Yousuf & Srivastava，2019）和蜂蜜-芦荟涂层（Saha等，2023）等技术，但目前还没有研究报道过PLA或PLA基薄膜在冷藏储存期间对鲜切菠萝片的保鲜效果。因此，开发强化了食品废弃物类胶体的活性包装材料对于保护鲜切菠萝显得尤为重要。

本研究基于上述背景，以及文献中关于PLA用于水果保鲜的研究空白，旨在开发一种强化了农业工业副产品的PLA基薄膜，并评估其对一种易腐水果——菠萝的保鲜效果。据我们所知，目前尚无研究探讨PLA基薄膜在冷藏储存期间对鲜切菠萝片的保鲜作用，这表明本研究具有一定的创新性。通过本研究，我们希望进一步推动可生物降解包装材料的发展，同时探索农业废弃物的高附加值利用路径。这不仅有助于减少食品浪费，还能为食品工业提供更加环保和可持续的包装解决方案。

在制备洋葱皮粉（OPP）、赤霞珠葡萄酿造废料粉（MWP）和西拉葡萄酿造废料粉（SWP）方面，研究者首先购买了约4公斤的红皮洋葱（Red Amposta），这些洋葱产自希腊Aitoloakarnania地区的Paravola村庄，并从当地商店运送到实验室。随后，洋葱被切成两半，仅保留外层的果皮，以便进行后续处理。为了获得干燥的洋葱皮，将果皮放入实验室干燥箱（Memmert Universal Oven UM 400，德国Leverkusen）中，在50±1°C的条件下干燥48小时，最终获得约0.8公斤的干物质（占20%）。同样，西拉葡萄酿造废料粉的制备过程也遵循类似的步骤，确保其能够被有效利用。通过这种方式，研究者能够获得高质量的农业废弃物原料，为后续的薄膜制备和性能测试奠定基础。

在薄膜厚度和机械性能方面，研究者发现对照PLA薄膜的厚度在0.109至0.158毫米之间（见表2）。对照PLA薄膜的厚度显著（p < 0.05）高于处理过的薄膜，而添加不同浓度的粉末显著（p < 0.05）影响了薄膜的厚度。表2还展示了PLA和PLA基薄膜的弹性模量（E）、断裂伸长率（EAB）和拉伸强度（TS）。研究者发现，添加洋葱皮粉在不同浓度下对薄膜的这些性能产生了显著影响。通过这些实验数据，研究者能够评估不同浓度的农业废弃物对PLA基薄膜性能的具体影响，并进一步探讨其在食品保鲜中的应用潜力。

在工业可扩展性、成本效益和安全法规方面，研究者指出生物可降解包装材料如PLA的生产成本是工业界关注的主要问题。然而，目前仍缺乏关于PLA生产技术经济分析的文献（Wellenreuther等，2022）。Bressanin等（2022）估计，PLA的单位成本在内部收益率达到29.4%的项目中为1.41美元/公斤。考虑到农业工业副产品的增值利用，许多研究已经提供了多种方法，以实现这些副产品的高效利用。通过这些方法，研究者不仅能够降低PLA薄膜的生产成本，还能确保其符合食品安全法规，从而提升其在食品工业中的应用前景。

在结论和未来展望方面，研究者发现洋葱和葡萄的农业工业副产品能够成功地在不同浓度下掺入PLA基薄膜中。PLA的机械性能得到了显著增强，而体外实验表明，PLA基薄膜表现出较强的抗氧化活性和总酚含量，同时对选定的食品致病菌具有抗菌作用。此外，研究者还开发了一种新的方法来测定薄膜中的总黄酮含量，为今后的研究提供了新的工具。通过这些研究结果，可以进一步推动可生物降解包装材料的发展，同时探索农业废弃物的高附加值利用路径。

研究团队由六位成员组成，各自在研究中承担了不同的职责。Dimitrios G. Lazaridis负责撰写原始稿件、研究方法、实验调查、数据处理和数据管理。Vassilios K. Karabagias负责研究方法、实验调查和概念设计。Alexandros N. Kalarakis提供了资源支持、研究方法、数据处理和数据管理。Nikolaos D. Andritsos负责监督、资源支持、研究方法和实验调查。Aris E. Giannakas负责监督、资源支持、研究方法和数据处理。Ioannis K. Karabagias负责撰写审阅和修改、撰写原始稿件以及实验调查。通过这些分工，研究团队能够高效地完成实验设计、数据收集和分析，确保研究结果的准确性和可靠性。

在资金支持方面，研究者表示本研究未获得任何特定的基金支持，来自公共、商业或非营利领域的资助机构。这一信息表明研究者主要依靠自身资源和实验室设备进行实验，而没有外部资金的直接支持。然而，这种自主性也促使研究者更加注重研究的创新性和实用性，以确保研究成果能够真正应用于食品工业。

在未引用的参考文献方面，研究者列出了几个相关的标准和文献，包括ASTM International的2023和2024年标准，Bressanin等（2022）的研究，以及da等（2023）和Y?lmazer Keskin等（2025）的研究。这些文献为研究提供了重要的理论支持和技术参考，帮助研究者更好地理解PLA基薄膜的性能和应用前景。然而，由于某些文献未被引用，研究者可能需要在后续研究中进一步确认这些文献的可用性，以确保研究结果的完整性和准确性。

在利益冲突声明方面，研究者表示他们没有已知的与本研究相关的财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本研究的报告。这一声明表明研究者在研究过程中保持了高度的独立性和客观性，确保研究结果的公正性和可信度。

在致谢部分，研究者感谢了提供技术支持的Ms. Maria Simoni，以及在显微镜测量和FTIR分析中提供帮助的实验室人员。这些支持对于研究的顺利进行至关重要，同时也体现了研究团队对科学探索的重视和合作精神。

综上所述，本研究通过将洋葱皮粉、赤霞珠和西拉葡萄酿造废料粉与PLA结合，开发出具有多种功能的薄膜，并成功应用于鲜切菠萝片的保鲜。研究结果表明，这些薄膜在抗氧化、抗菌、机械性能和氧气等性能方面优于传统PLA薄膜，同时在成本效益和工业可扩展性方面也具有优势。通过本研究，研究者不仅探索了农业废弃物的高附加值利用路径，还为食品工业提供了更加环保和可持续的包装解决方案。这些研究成果为今后的研究和应用提供了重要的理论支持和技术参考，同时也为减少食品浪费和推动绿色包装发展做出了积极贡献。