选择透过性-抗病原体-缓冲三元协同：一种葡萄柚启发的仿生果皮用于先进草莓保鲜

《Food Chemistry》：Permselective-antipathogenic-buffering ternary synergy: A grapefruit-inspired biomimetic pericarp for advanced strawberry preservation

　　

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  葡萄柚启发的包装整合了选择性渗透-抗病原-缓冲三重效应。
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  选择性渗透层提供机械防护，并通过气体调控削减65%的呼吸作用。
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  抗病原层通过安全释放实现持续抗菌功效（>86%）。
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  缓冲层作为亲水性海绵体，用于微环境调控。
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  该包装在感官、质构和生化方面为草莓提供多重保鲜效果。

引言

草莓（Fragaria × ananassa）是极易腐烂的新鲜水果，其采后劣变源于呼吸、表皮、抗菌和细胞壁防御的同时崩溃。其高呼吸速率加速了底物消耗和衰老，而薄而不连续的表皮则促进水分流失、机械损伤和微生物侵染（Daglio et al., 2024）。因此，在冷藏储存期间，未受保护的草莓会出现软化、表面皱缩、膜脂过氧化、风味失衡和可见腐烂，严重限制了商业货架期（Zhang et al., 2024）。有效保鲜需要一种能够协调气体调控、水分稳定、抗菌保护和细胞壁维持的界面系统，而非仅仅依赖被动覆盖层。

现有策略仅部分解决了这种耦合劣变问题。气调包装和低渗透性聚合物薄膜可抑制呼吸作用和蒸腾作用，但过度的气体限制可能引发缺氧或发酵代谢以及异味形成（Mahajan & Lee, 2023）。基于壳聚糖、多糖、精油和抗菌肽的材料可以抑制微生物生长（Huang et al., 2024; Yan et al., 2024; Yang et al., 2025），但通常缺乏精确的O₂/CO₂选择性或湿度缓冲能力（Abdalla et al., 2023; Van et al., 2024）。近年来的活性系统，包括持续释放NO的壳聚糖-SNAP涂层（Chen, Zhang, et al., 2025）、具有抗菌、抗氧化、紫外屏蔽和阻隔功能的碳点掺杂Ti-MOF/CMC-琼脂薄膜（Khan et al., 2024），以及光催化H₂熏蒸与FSG/CS薄膜的耦合（Chen, Huang, et al., 2025），凸显了动态保鲜的价值。然而，许多系统依赖释放或外部生成的活性剂（Zhou et al., 2024）。能够空间整合被动O₂/CO₂选择、持续抗菌保护和界面水分缓冲的自主界面仍开发不足。

天然果实果皮为此类集成设计提供了启发性模型（Huang et al., 2026）。葡萄柚果皮充当多层防御系统：致密的外部角质层/蜡质区域限制传质并提供物理保护；化学活性组织提供生物防御；水合海绵状内部区域缓冲机械和微环境波动（Asif et al., 2025）。在此，“葡萄柚启发的仿生果皮”指的是功能和结构上的仿生，而非对葡萄柚皮的化学复制。因此，我们旨在利用工程化多层膜重建天然果皮的协同防御逻辑——选择性渗透保护、抗病原活性和微环境缓冲。

我们假设，空间组织的三元界面通过建立自限性O₂/CO₂平衡、调控界面水传输、降低病原压力和延缓果胶解聚，可以比单功能涂层或传统包装薄膜更有效地中断草莓劣变。据此，我们开发了一种葡萄柚启发的三元仿生果皮，由致密聚酰胺（PA）外层、原位形成的银纳米颗粒（AgNP）生物活性层和磺化聚醚砜（SPES）缓冲基体组成。PA层被设计为类似角质层的选择性渗透屏障，用于O₂和CO₂调控；AgNP层作为限制性抗菌储库，具有衰减的Ag⁺释放；亲水性多孔SPES基体作为水分缓冲和支撑层。通过顶空气体、呼吸速率、感官和质构品质、生化稳定性、果胶再分布、果胶酶活性和单糖谱的系统评估，对膜结构、传输行为、Ag⁺释放、抗菌性能及保鲜功效进行了研究。本研究将多层材料结构与呼吸抑制、病原控制、氧化缓解和果胶代谢调控联系起来，为保鲜易腐水果提供了一种机制驱动的仿生界面。

章节摘要

材料与化学品

“红颜”草莓（高度：约46?mm；直径：约34?mm；质量：19.1?±?2.7?g）在商业成熟度（75%红色）时采自中国广州的认证农场。果实于4?±?1?°C、>60%相对湿度（RH）条件下运输，并在8小时内进行处理。

聚醚砜（PES；RADEL? A-300）购自美国Amoco化学品公司。关键试剂包括超纯水（18.2?MΩ·cm，Millipore）、硫酸（H₂SO₄，98%）、硝酸银（AgNO₃，≥?99.5%）、均苯三甲酰氯（TMC，98%）、间

仿生果皮的多模态微观结构

葡萄柚启发的三元果皮通过依次整合SPES缓冲层、原位生成的AgNP生物活性层和致密PA选择性渗透层成功构建（图1A）。SPES基体提供多孔亲水支撑，其磺酸基团促进Ag⁺负载和随后的AgNP形成。随后，均苯三甲酰氯与间苯二胺之间的界面聚合在SPES/Ag表面产生交联PA层，形成

结论

本研究表明，葡萄柚启发的三元仿生果皮通过将选择性渗透气体调控、持续抗菌活性和水分缓冲集成在单一多层界面中，能够有效延长草莓货架期。优化的PA/AgNP/SPES涂层建立了生理适宜的低O₂/高CO₂微环境，将呼吸作用降低约65%，并大幅保留了感官品质、硬度、弹性、生化稳定性，

CRediT作者贡献声明

廖文珍： 写作 – 审阅与编辑，调查。 夏星丹： 调查。 王文霞： 调查。 吴伟良： 调查。 董浩： 写作 – 审阅与编辑，调查。 杨杏芬： 监督。 何琪： 写作 – 审阅与编辑，监督，调查。

未引用文献

Akin和Temelli，2011

Badillo和Segura-Ponce，2020

Gerent、Santana、Martins和Spinelli，2021

Heras-Mozos等，2021

Mahecha-Rubiano、Garavito和Castellanos，2024

Meshkini和Khoshsokhan，2025

Rad、Sayyari、Torabi和Zolfigol，2025

Rahmati-Joneidabad、Bavani、Behbahani和Taki，2025

Rincon等，2025

Tsirtsidou、Zou、Robbens和Raes，2025

Ullah等，2023

Zhang等，2025

利益冲突声明

作者声明，他们不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

感谢国家自然科学基金（31901750）的资助。

廖文珍|夏星丹|王文霞|吴伟良|董浩|杨杏芬|何琪