咖啡果壳果胶多糖-肉桂醛复合膜的制备、性能及其在草莓保鲜中的应用研究

本研究创新性地利用咖啡副产物（Arabica咖啡果壳）中提取的果胶多糖（CP）为载体，负载天然抗菌剂肉桂醛（CIN），开发出一种多功能可食性复合膜（CPF）。研究系统评价了CPF的成膜性能、屏障特性、机械性能、抗氧化及抗菌活性，并揭示了其通过改变细菌细胞膜通透性（结合膜受体氨基酸残基）的抗菌机制。该膜具备优异的生物安全性与土壤降解能力，可显著延长草莓货架期（4天），维持果实色泽与硬度，提升风味，为咖啡副产物高值化利用及生鲜水果绿色保鲜提供了新策略。

　　

Highlight

Materials and chemicals

机械去壳并晒干的阿拉比卡咖啡果壳购自保山碧通咖啡有限公司（中国）。咖啡果壳果胶多糖（CP）的提取依据我们先前的研究进行。海藻酸钠购自青岛明月海藻集团有限公司（中国）。肉桂醛（CIN）（批号：C805-630，纯度≥99%）通过超临界萃取干燥肉桂树皮获得，购自广州菁晶生物科技有限公司。

Characterization and antibacterial activity of CPF-forming solutions

稳定且均匀分散的成膜液是生产功能性复合膜的前提。而成膜液的稳定性由液滴尺寸、电位分布以及聚合物分散相的大小决定。如图2A所示，随着CIN浓度的增加，CPF成膜液的液滴尺寸先减小后增大，最小的液滴尺寸分布出现在CPF-1.5组。CPF-0、0.5、1.0、1.5、2.0和2.5组的平均粒径分别为158.4 nm、142.6 nm、125.8 nm、102.4 nm、131.7 nm和149.5 nm。CPF-1.5组表现出最小的粒径和最佳的分散均匀性，这可能是由于CP和CIN之间形成了最稳定的复合物。此外，所有CPF成膜液的ζ电位均为负值（-21.3至-28.5 mV），表明它们具有良好的静电稳定性。流变学分析（图2B）显示，所有成膜液均表现为典型的剪切稀化非牛顿流体行为，其表观粘度随着剪切速率的增加而降低。CPF-1.5组在所有测试组中表现出最高的表观粘度，这与其最小的粒径和最佳的稳定性结果一致。此外，所有CPF成膜液对测试的细菌（大肠杆菌E. coli和金黄色葡萄球菌S. aureus）均表现出显著的抗菌活性（图2C和D）。随着CIN浓度的增加，抗菌效果增强，其中CPF-2.0和CPF-2.5组显示出最强的抗菌能力。

Conclusion

在本研究中，成功利用CP并负载CIN开发出一种用于易腐水果（草莓）的保鲜膜。制备的成膜液（CPF-0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 和2.5）表现出优异的分散稳定性、显著的抗菌性能和非牛顿流体行为。制成薄膜后，结果表明它们均具备优异的保鲜膜特性（如低CO₂渗透性和WVP水蒸气渗透性等），表面更光滑，并且CPF-1.5组在所有组别中展现出最佳的综合性能。抗菌机制实验证实，它可以通过CIN与膜受体的氨基酸残基结合形成稳定复合物，从而改变细菌细胞膜的通透性。CPF薄膜还表现出卓越的生物安全性和在土壤中降解的能力。此外，在25°C和55–60%相对湿度下，它能够将草莓的货架期延长4天，同时保持其色泽和硬度，并提升其风味 profile（微生物负载量<1×10² CFU/g）。研究结果证明了双重优势：它不仅提高了咖啡副产物的综合利用，而且表明CP在保存易腐水果方面具有巨大潜力。