乳清蛋白分离物改性低甲氧基果胶微球用于肉桂醛缓释：结构-功能关系与鲜切番茄保鲜

《Food Bioscience》：Whey protein isolate-modified low-methoxyl pectin beads for sustained cinnamaldehyde release: Structure-function relationship and fresh-cut tomato preservation

　　**摘要要点**• WPI的加入提高了低甲氧基果胶珠对肉桂醛的包封效率。• WPI通过氢键和静电相互作用促进了更致密、更紧密的多孔网络的形成。• WPI改善了热稳定性及肉桂醛的持续释放能力。• 果胶-WPI-肉桂醛水凝胶珠延缓了鲜切番茄的质量劣变。**引言**番茄（*Solanum lycopersicum* L.）是全球消费最广泛的蔬菜之一，因其富含多种维生素、多酚类化合物和必需矿物质而备受推崇，这些成分协同作用有助于缓解糖尿病、心血管疾病及与年龄相关的退行性疾病等慢性病（Iqbal等，2025）。随着即食、便捷类农产品的需求日益增长，鲜切番茄的市场份额也在不断扩大。然而，切割过程会造成机械损伤，加速乙烯产生和呼吸速率，并为微生物污染提供入侵途径，这些因素共同导致品质加速劣变和贮藏期缩短（Guo等，2026；Zulli等，2026）。因此，开发有效的保鲜策略对于延长鲜切番茄的贮藏寿命、同时保持其新鲜度、营养品质及感官特性至关重要。植物来源的精油（EOs）因其天然来源、抗氧化能力以及广谱抗菌活性，在鲜切农产品保鲜领域引起了广泛兴趣（Shima等，2024）。在精油成分中，（*E*）-肉桂醛（Cin）是肉桂精油的主要生物活性成分，以其强大的微生物膜破坏活性、生物膜抑制活性以及在植物组织中调节氧化还原稳态的能力而脱颖而出（Cui等，2025；Wang、Wang等，2024；Zhang等，2024）。上述特性使Cin成为延长鲜切园艺产品货架期的极具吸引力的候选物质。然而，其直接应用受到多种物理化学和感官方面的限制，包括快速挥发、对光和热敏感以及强烈的辛辣气味，后者会严重影响食品风味（Liu等，2020；Hou等，2026）。为解决这些问题，研究者探索了多种包封技术，如Pickering乳液（Li、Wu等，2026）、冷冻干燥微胶囊（Jiang等，2026）以及精油复合生物聚合物薄膜（Dong等，2024）。通过这些包封体系延长鲜切农产品的货架期，有助于减少采后损失、提高资源利用效率，并与推动可持续食品转型的更广泛努力相一致（Jin等，2025；Jin等，2026）。在这些方法中，水凝胶珠作为鲜切产品主动保鲜的 promising平台备受关注。其三维网络结构为生物活性化合物提供了保护性微环境，使其免受光照、氧气和热胁迫的影响，同时能够实现持续释放至包装顶空气体中，进行非接触式抗菌作用（Tian等，2024；Wang、Zhou等，2025）。这种间接递送方式避免了与食品的直接接触，符合间接食品添加剂的法规框架，并可能提高消费者接受度（Tian等，2024）。此外，水凝胶珠可轻松集成到包装系统中，在鲜切产品无法直接涂覆或浸渍时提供切实可行的替代方案。这些功能性和实用性优势使水凝胶珠特别适合用于保鲜鲜切产品等易腐食品。低甲氧基果胶（LMP，酯化度<50%）因其能够在常温、食品级条件下通过Ca2?交联形成"蛋盒"结构，形成物理交联、热可逆网络，而无需使用强化学品或高温条件，因此被广泛应用于可食水凝胶的设计中。加之其良好的生物相容性、酶促可降解性和法规认可，LMP是主动食品包装和需要控制释放活性成分的保鲜系统的理想基质（Tian等，2023）。然而，单独的LMP水凝胶存在若干功能局限性，如凝胶刚度相对较弱、挥发性活性成分爆发式释放、对疏水性化合物（如肉桂醛）的包封效率有限以及扩散屏障能力不足（Abedi等，2024；Souza等，2025）。这些局限性凸显了对结构增强的迫切需求，以提升机械韧性并调节释放动力学。蛋白质越来越多地被公认为多糖基水凝胶体系中功能性的生物大分子增强剂，它们通过分子间相互作用（如氢键、静电复合和疏水缔合）提供结构增强，从而改善机械稳健性并调节生物活性物质的扩散（Peng等，2025；Yang等，2023）。具体而言，乳清蛋白分离物（WPI）是一种两性蛋白质，具有高溶解性、优异的凝胶性和界面活性，可作为疏水性生物活性物质的有效共凝剂和纳米/微米包封载体（Mariano等，2024；Mazza等，2023）。其游离巯基和表面暴露的疏水区域可与肉桂醛等醛类发生共价和非共价结合，从而保护其免受挥发、氧化和降解的影响，同时实现包封活性成分的受控持续释放（Wang等，2025；Zhao等，2022）。尽管对果胶-蛋白质复合水凝胶包封生物活性化合物的研究日益增加，但大多数研究集中于提高包封效率或环境稳定性（Yang等，2023；Zhang等，2023）。乳清蛋白分离物作为果胶网络的主动结构调节剂的作用，以及此类系统在鲜切农产品挥发性活性成分递送中的应用，仍很大程度上有待探索。本研究通过Ca2?浴离子交联法制备了负载肉桂醛的果胶/乳清蛋白分离物水凝胶珠（Pectin-WPI-Cin），并在模拟贮藏条件（4°C）下系统表征了所得珠体的理化属性、微观结构、热行为及肉桂醛释放动力学。随后，通过在冷藏过程中监测硬度、微生物指标、挥发性成分谱及感官品质，评估了其在保鲜包装鲜切番茄中的原位性能。本工作合成了一种创新、可持续的水凝胶保鲜剂，以促进生物活性化合物在鲜切农产品包装中的应用。**章节摘要****材料**反式肉桂醛（≥98%）和乳清蛋白分离物（≥80%蛋白）购自上海源叶生物工程有限公司（中国上海）。低甲氧基果胶（苹果源，APA310）购自郑州超凡化学有限公司（中国郑州）。无水氯化钙（≥96%）由麦克林生物技术有限公司（中国上海）提供。所用其他化学试剂均为分析纯。**水凝胶珠的制备**水凝胶珠通过离子交联法制备，对文献中的方案进行了小幅修改（）**外观和粒径**如图1所示，所有水凝胶珠均呈现均匀的球形形态。Pectin-Cin（0.29 mm）和Pectin-WPI-Cin（0.27 mm）的平均直径显著小于纯果胶（0.35 mm）和Pectin-WPI（0.33 mm）珠（*p*<0.05），表明肉桂醛的加入减小了水凝胶珠的粒径。这可归因于肉桂醛的疏水性质，其会置换聚合物网络中的结合水并在凝胶化过程中促进链的紧缩（）**结论**本研究通过离子交联法，利用低甲氧基果胶和乳清蛋白分离物制备了包封肉桂醛的缓释水凝胶珠（Pectin-WPI-Cin），并系统评估了其理化性质以及在保鲜包装鲜切番茄中的功能效果。结果表明，WPI的加入显著提高了包封效率（从49.65%提升至53.66%）和负载量（从10.64%提升至11.5%）。SEM和FTIR分析显示）**CRediT作者贡献声明****Yuqin Yuan：** 撰写——原稿、可视化、方法论、数据整理、概念构思。**Xiaoyan Zhao：** 撰写——审阅与编辑、撰写——原稿、经费获取、概念构思。**Ye Liu：** 撰写——原稿、可视化、方法论。**Dan Wang：** 撰写——原稿、可视化、方法论。**Pan Wang：** 可视化、验证、方法论。**Shuang Zhao：** 可视化、验证、方法论。**Zhenjia Zheng：** 撰写——原稿、方法论，**未引用参考文献**Jin and Xu, 2026；Jin and Xu, 2025；Li et al., 2026；Li et al., 2026；Li et al., 2024；Liu et al., 2025；Umeohia and Olapade, 2025；Wang et al., 2025；Wang et al., 2024。**利益冲突声明**? 作者声明不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述工作的客观性。**致谢**本研究由北京市农林科学院协同创新中心（项目编号：KJCX20260916、KJCX20240402、KJCX20261803）、北京市农林科学院北京蔬菜研究中心协同创新中心（项目编号：XTCX202303）、国家自然科学基金（项目编号：32101971）以及中国农业农村部-林业和草原部国家现代农业产业技术体系（项目编号：CARS-23）资助。Yuqin Yuan | Xiaoyan Zhao | Ye Liu | Dan Wang | Pan Wang | Shuang Zhao | Zhenjia Zheng | Wenting Zhao