负载g-C?N?和Ag的胞外多糖复合材料对草莓保鲜效果的评估

《Food Chemistry》：Evaluation of the preservation of strawberries by exopolysaccharides composites loaded with g-C?N? and Ag

　　

摘要

本研究调查了一种新型胞外多糖 - 石墨相氮化碳 - 银 (EPS-C₃N₄-Ag) 复合抗菌材料在草莓保鲜中的潜在应用。该复合材料表现出良好的体外细胞相容性和广谱抗菌活性。银迁移分析表明，在储存过程中涂层向草莓组织的 Ag 转移有限，支持了其在直接接触水果保鲜中的潜在安全性。当应用于室温储存的草莓时，EPS-C₃N₄-Ag 复合材料通过降低失重率、pH 值、腐烂率、总菌落数和丙二醛 (MDA) 积累，延缓了质量劣变，同时维持了维生素 C (Vc)、可溶性固形物含量 (SSC) 和滴定酸度含量。微生物群落分析表明，EPS-C₃N₄-Ag 抑制了腐败真菌如炭疽菌属 (炭疽病) 和灰葡萄孢 (灰霉病)，并减少了致病菌如泛菌属、假单胞菌属和欧文氏菌属。这些发现支持 EPS-C₃N₄-Ag 作为一种有前景的保鲜涂层，为开发易腐水果和蔬菜的先进保鲜技术提供了新材料选项和理论基础。

引言

草莓 (Fragaria × ananassa Duch.) 具有较高的经济价值，富含多酚和维生素等生物活性营养素 (Yang 等，2020)。然而，其薄薄的果皮和多汁的果肉使其在采后极易受到机械损伤和微生物感染，导致快速腐烂。其在环境温度下的保质期仅为 2–3 天，采后损失率高达 30%–60% (Neri 等，2015)，严重限制了工业发展。因此，迫切需要安全高效的保鲜技术。

目前，草莓保鲜技术主要包括低温冷藏 (Verreydt 等，2025)、气调储存 (Putnik 等，2017)、化学防腐处理以及可食性涂层保鲜 (Ahmadi 等，2021; Wani 等，2021)。低温和气调储存需要昂贵的设备且难以普及，而化学防腐剂存在潜在残留风险，无法满足消费者对食品安全的现代需求 (Ahmadi 等，2021; Jiang 等，2025)。可食性复合抗菌涂层由于其良好的成膜性、操作简便性和环保性，近年来已成为研究热点 (Siddiqui 等，2024)。复合抗菌材料作为涂层的核心成分，其性能直接决定了保鲜效果 (Dulta 等，2022)。

乳酸菌 (LAB) 产生的胞外多糖 (EPS) 是乳酸菌在生长和代谢过程中合成并分泌到细胞外的大分子多糖聚合物 (Boven 等，2025)。作为天然聚合物，LAB EPS 表现出优异的生物相容性、可降解性和成膜稳定性，使其成为理想的涂层基质材料 (Ajijah 等，2025; Tiwari 等，2024; Xiao 等，2025)。然而，LAB EPS 缺乏固有的抗菌活性，这严重限制了它们在食品保鲜、医学等领域的应用。为了拓宽 LAB EPS 的应用范围，通常掺入功能性抗菌成分进行复合改性，以赋予材料持续的抗菌能力。石墨相氮化碳 (g-C₃N₄) 作为一种非金属半导体材料，可在光照下产生活性氧以实现光催化抗菌效果 (Ismael, 2020)，而银纳米粒子 (AgNPs) 则通过银相关抗菌机制发挥抗菌活性 (Shanmuganathan 等，2019)。最近的研究表明，将 EPS 与金属纳米材料结合构建 EPS-金属纳米复合材料是实现协同效应并克服单一成分局限性的有效策略 (Bai 等，2025; Rasulov 等，2024)。然而，仅用 AgNPs 改性的涂层在储存期间往往会出现银离子泄漏失控的问题。过量的 Ag 迁移到可食性果肉组织中会引发潜在的生物安全风险，这限制了单一 EPS-Ag 薄膜的实际应用。EPS、g-C₃N₄ 和 Ag 的整合可能提供一种结合物理屏障保护和主动抗菌活性的保鲜机制 (Aziz 等，2024)。值得注意的是，材料制备过程中的光照条件可能会直接影响 g-C₃N₄ 的光响应特性和 AgNPs 的分散性，从而可能改变复合材料的最终性能 (Hou 等，2021)。基于上述背景，我们利用负载 g-C₃N₄ 和 Ag 的布氏乳杆菌 (Lactobacillus buchneri) HDL-2 的 EPS 在光照下制备了一种抗菌复合材料，并系统地研究了其在草莓保鲜中的应用潜力。

章节片段

材料

曼氏乳杆菌琼脂 - 蔗糖培养基 (MRS-S)、Luria-Bertani 培养基 (LB)、葡聚糖凝胶 G-100、磷酸盐缓冲液 (PBS)、胰蛋白酶、细胞计数试剂盒 -8 (CCK-8)、4',6-二脒基 -2-苯基吲哚 (DAPI)、2',7'-二氯荧光素 (DCFH) 以及 2',7'-二氯荧光素二乙酸酯 (DCFH-DA) 均为市购产品，按所得使用。g-C₃N₄ 和 AgNO₃ 用于制备 EPS-C₃N₄-Ag 复合材料。除非另有说明，乙醇、三氯乙酸 (TCA)、硫巴比妥

泽塔电位和粒径分析

泽塔电位和粒径的测定有助于评估复合材料的分散稳定性和相互作用机制，从而为后续的性能分析和应用提供依据。如表 2 所示，由于富含亲水官能团，EPS 在水溶液中表现出良好的分散性和稳定性，泽塔电位为 ?43.75 mV。相比之下，g-C₃N₄ 在水中溶解度差，倾向于聚集和沉淀

结论

在本研究中，EPS-C₃N₄-Ag 复合涂层展示了草莓的多方面保鲜机制。通过抑制关键腐败指标（如失重和腐烂率），同时延缓包括 Vc 在内的营养组分降解，有效地维持了果实质量。细胞相容性和 Ag 迁移测定支持了 EPS-C₃N₄-Ag 在直接接触水果保鲜中的潜在安全性。除了直接抑制腐败微生物外，该涂层

CRediT 作者贡献声明

邱洋 (Yang Qiu)：写作 – 审稿与编辑，写作 – 初稿，软件。周博森 (Bosen Zhou)：软件，形式分析，数据整理。高古博 (Gubo Gao)：验证，调查。王子文 (Ziwen Wang)：可视化，验证。陈泽海 (Zehai Chen)：验证，调查。王同益 (Tongyi Wang)：验证，调查。杨巧 (Qiao Yang)：验证，调查。杜仁鹏 (Renpeng Du)：写作 – 审稿与编辑，监督指导，资源，项目管理，资金获取。

伦理声明

涉及人类参与者的感官评价按照适用的机构指南进行。根据黑龙江大学适用的机构指南，该感官评价不需要正式的伦理委员会批准，因为仅进行了非侵入性的视觉、嗅觉和触觉评估，没有品尝或食用处理过的草莓。所有参与者在参与前均获得了书面知情同意。

利益冲突声明

作者声明没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能已经出现并影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到黑龙江省自然科学基金（PL2025C077）、黑龙江省高校基础研究青年人才计划（YQJH2024199）的资助。

邱洋 | 周博森 | 高古博 | 王子文 | 陈泽海 | 王同益 | 杨巧 | 杜仁鹏