石榴皮多酚强化蛋清蛋白-普鲁兰多糖复合膜的功能特性及其对浆果保鲜的协同机制研究

为解决传统塑料包装的环境污染问题并提升生鲜食品保鲜效果，研究人员开发了功能化蛋清蛋白(EWP)-普鲁兰多糖(Pu)-石榴皮多酚(PPP)复合膜。研究发现PPP的添加显著增强了薄膜的机械强度、抗氧化性和抗菌性（尤其对E. coli），草莓保鲜实验证实其能有效抑制腐败率并维持可滴定酸度。该研究为开发高性能活性包装提供了新策略，同时实现了农业副产物的高值化利用。

　　

随着人们对食品安全和环境保护意识的不断提高，开发既能有效保鲜食品又环境友好的包装材料成为当前研究的热点。传统塑料包装难以降解，易造成白色污染，而单一生物基材料往往存在机械性能差、防护功能有限等问题。浆果类水果因其高水分含量和营养丰富特性，采后极易腐败变质，如何通过绿色包装技术延长其货架期是产业面临的重大挑战。与此同时，农业加工副产物如石榴皮的大量废弃不仅造成资源浪费，还会带来环境压力。这些皮渣中富含的多酚类物质具有优异的抗氧化和抗菌活性，若能将其整合到可降解包装材料中，既可提升包装功能，又能实现废物增值利用，可谓一举多得。

在此背景下，烟台大学生命科学学院的研究团队在《Food Chemistry: X》上发表了一项创新性研究，他们巧妙地将蛋清蛋白(EWP)、普鲁兰多糖(Pu)和石榴皮多酚(PPP)相结合，研制出一种高性能的复合薄膜材料，并系统评估了其在浆果保鲜中的应用潜力。该研究不仅为开发新型活性包装提供了理论依据，也为农业副产物的高值化利用开辟了新途径。

研究人员采用溶液浇铸法制备复合薄膜，通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析分子间相互作用，扫描电子显微镜(SEM)观察微观结构，紫外-可见分光光度法测定光学性能和抗氧化活性（DPPH和ABTS法），质构分析仪测试机械性能，并采用液体培养法评估对大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抗菌效果。最后通过樱桃番茄和蓝莓的保鲜实验验证其实际应用效果，监测指标包括失重率、腐败率、可滴定酸度和多酚含量变化。

3.1. 水分含量、水溶性和溶胀能力

研究发现PPP的加入显著降低了薄膜的溶胀率(SR)(从258.75%降至165.52%)，同时提高了水溶性(WS)(从43.91%增至54.49%)，表明PPP通过氢键和疏水相互作用增强了交联密度，使薄膜在高湿环境中保持结构稳定。

3.2. 水蒸气渗透性(WVP)

WVP随PPP添加量(0-0.6%)增加而显著降低，这是由于多酚与EWP和Pu间形成的交联网络减少了水蒸气扩散通道。但当PPP浓度超过0.6%时，由于过度交联导致相分离，WVP反而上升。

3.3. 薄膜厚度和颜色特性

薄膜厚度随PPP浓度增加呈先增后减趋势，在0.8%时达到最大(0.195 mm)。颜色分析显示PPP使薄膜亮度(L)下降，黄度(b)增加，这与多酚本身的黄褐色相关。

3.4. 不透明度和透光率

PPP的添加使薄膜不透明度从0.0129升至0.0532，600 nm处透光率从84.28%降至51.73%，这归因于多酚的光吸收特性和交联网络引起的光散射效应。

3.5. 机械性能

PPP显著提升了薄膜的拉伸强度(TS)(从11.83 MPa增至20.25 MPa)和断裂伸长率(EAB)(从74.62%增至257.03%)，这是由于多酚与蛋白质、多糖间形成的共价交联和氢键网络增强了分子间作用力。

3.6. 抗氧化特性

DPPH和ABTS自由基清除实验表明，PPP的加入使薄膜抗氧化活性显著增强，且呈浓度依赖性，这得益于多酚类物质的电子供给能力及其在薄膜基质中的稳定保留。

3.7. 抗菌性能

复合膜对E. coli和S. aureus均表现出显著抑制作用，且对E. coli的效果更佳。这种差异与革兰氏阴性菌外膜结构更易被多酚穿透有关，同时EWP中的溶菌酶和Pu的物理屏障作用也贡献了协同抗菌效果。

3.8. 结构特性

FTIR分析显示PPP的加入使酰胺A带发生红移(从3410 cm^-1移至3390 cm^-1)，表明多酚与蛋白质间形成了氢键。二级结构分析表明β-折叠比例随PPP浓度增加而上升，说明多酚诱导了蛋白质构象的有序化。

3.9. 形态特性

SEM图像显示低浓度PPP(0-0.6%)使薄膜表面更加均匀致密，而高浓度(1.0%)则导致多酚聚集和相分离，证实了PPP与基质间的相容性存在最佳浓度范围。

3.10. 生物降解性评价

土壤埋藏实验表明所有复合膜在10天内开始破碎，16天完全降解，且PPP浓度对降解速率无显著影响，证明该材料具有良好的环境相容性。

3.11. 食品包装应用

在樱桃番茄和蓝莓的保鲜实验中，EWP-Pu-PPP复合膜表现最佳：能有效抑制失重（蓝莓失重率更低源于其更厚的角质层）、降低腐败率（通过抑制微生物生长）、延缓可滴定酸度下降（通过抑制呼吸作用和微生物酸酶活性）以及保持较高的多酚含量（特别是蓝莓在EWP-Pu-PPP组出现先升后降趋势，可能与应激诱导的多酚合成有关）。

该研究成功开发出一种基于EWP-Pu-PPP的多功能可降解复合薄膜，其不仅具有优异的机械性能、阻隔性能和抗氧化抗菌活性，还能有效延长浆果类水果的保鲜期。通过分子互作机制研究，揭示了多酚与蛋白质、多糖间通过氢键和疏水作用形成致密网络的强化机理。研究结果证实了利用农业副产物开发高性能包装材料的可行性，为减少塑料污染、提升食品保鲜效果提供了双赢解决方案，对推动食品包装行业的可持续发展具有重要意义。