含大麻萔酚（Cannabigerol, CBG）油活性果胶-可得然胶生物聚合物膜的开发及表征：具有植物代谢刺激特性并有望延长黑莓（Black Satin）采后货架期的创新材料

《Polymers》：Development and Characterization of Active Pectin–Curdlan Biopolymer Films with Cannabigerol (CBG) Oil as Innovative Materials with Plant Metabolism–Stimulating Properties and Potential to Extend the Postharvest Shelf Life of Blackberries (Black Satin) Fruits Renata Dobrucka, Maja Paterska and Marcin Szymański

　　

本研究评估了负载大麻萔酚（CBG）油的生物可降解果胶/可得然胶多糖薄膜的理化、力学及功能特性。研究人员测得薄膜的拉伸强度（Tensile Strength, TS）范围为8.50 MPa至14.80 MPa，断裂伸长率（Elongation at Break, EB）范围为33.06%至39.07%，水蒸气透过率（Water Vapor Transmission Rate, WVTR）范围为13.7至9.51 g/m2·d。所有测试薄膜的L（亮度）参数变化均无统计学显著性（p ≥ 0.05）。低CBG含量组（0.125F、0.25F、0.35F）的L值保持稳定，表明其抗变色性能优异；而0.5F组L*值下降，提示发生变暗或光降解。CBG薄膜能有效抑制贮藏果实的霉菌生长、水分流失、色泽劣变及花青素降解，其中0.125F–0.35F浓度效果最佳，而较高浓度（0.5F–0.75F）可能引发促氧化效应。土壤施用实验显示，适中CBG浓度（0.25F–0.35F）可提高叶绿素、类胡萝卜素及酚类物质含量，证实其具有生物刺激潜力；最高浓度则可能导致氧化应激。在0.75F处理下，类胡萝卜素含量降至0.054–0.113 mg·g?1鲜重（Fresh Weight, FW）。在较高活性物质浓度（0.5F和0.75F）下，超氧阴离子自由基（O2•?）水平趋于稳定或下降，表明保护性机制被有效激活，从而中和过量的自由基。

研究背景与意义

随着全球人口增长及对食品安全需求的提升，易腐果蔬的采后保鲜成为重大挑战。黑莓（尤其是Black Satin品种）虽富含花青素、鞣花酸等多酚类生物活性物质，但因质地娇嫩、水分活度高，极易发生微生物滋生与品质劣变，导致货架期极短。当前食品包装行业严重依赖石油基合成塑料，虽具备优良的阻隔与力学性能，但其不可降解性引发了严峻的环境污染问题。欧盟正积极推进循环经济战略以对抗塑料污染，这促使科研人员致力于开发源于可再生资源的生物聚合物包装材料。果胶（Pectin）作为一种来源广泛、成本低廉且无毒的阴离子多糖，具有良好的生物相容性，但纯果胶膜机械性能较差且亲水性过高。可得然胶（Curdlan gum）是由微生物产生的β-1,3-葡聚糖，拥有优异的成膜性与抗菌活性。然而，目前尚无将非精神活性大麻素——大麻萔酚（Cannabigerol, CBG）应用于多糖薄膜的研究报道。鉴于CBG具有广谱的生物活性（如抗菌、抗炎及调节细胞代谢），本研究旨在开发一种基于果胶/可得然胶基质、负载CBG油的新型活性生物聚合物薄膜，以期同时实现优异的包装性能与采后保鲜功能，并探索其在农业生物刺激领域的潜在应用价值。

关键技术方法

研究人员采用溶液浇铸法制备了不同CBG油添加量（0.125%–0.75%）的果胶/可得然胶复合膜。利用傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR）分析分子间相互作用；通过拉伸测试评估力学强度；测定水蒸气透过率（WVTR）以评价阻隔性能；使用色差仪分析薄膜及黑莓果实的颜色稳定性；采用分光光度法量化果实中花青素的降解情况。此外，通过将薄膜施用于土壤，以生菜（Lactuca sativa L. cv. Zeralda）为模型植物，测定其光合色素、抗氧化酶活性及代谢产物变化，以评估薄膜的生物刺激效应。

研究结果

3.1. GC-MS of CBG Oil

气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析证实，所用CBG油中CBG纯度高达96.70%，其余主要为大麻二酚（Cannabidiol, CBD，2.50%）。CBG作为一种非精神活性大麻素，其广泛的药理特性使其成为极具潜力的功能性添加剂。

3.2. FTIR of Polysaccharide Films

FTIR光谱显示，3315 cm^?1处的宽峰证实了果胶羟基与CBG分子间的氢键结合；2887 cm^?1处的尖锐峰对应CBG长烷基链的特征振动，且该峰强度随CBG浓度增加而增强，证实了CBG成功融入聚合物网络。糖苷键特征峰（1105 cm^?1和1023 cm^?1）的强度变化表明CBG的加入干扰了多糖内部氢键的有序网络，但未破坏其基本骨架结构。

3.3. The Study of Polysaccharide Films

随着CBG添加量的增加，薄膜的溶胀系数（SI60）从2175显著下降至1014，密度从1.308 g/cm³降至1.151 g/cm³，表明CBG增强了薄膜的疏水性并降低了亲水性。力学性能测试显示，TS从8.50 MPa提升至14.80 MPa，EB从33.06%提升至39.07%，证明CBG起到了增强增韧的作用。同时，WVTR从13.7 g/m²·d降低至9.51 g/m²·d，表明CBG填充了聚合物自由体积，提升了水蒸气阻隔性能。

3.4. Study of the Color of Polysaccharide Films

颜色稳定性测试表明，低浓度CBG组（0.125F–0.25F）的L值最为稳定，表现出优异的抗光降解能力。高浓度组（0.5F及以上）因CBG氧化导致L值下降及b*（黄度）显著降低，出现明显的变色现象。

3.5. Color Testing of Packaged and Unpackaged Fruit

黑莓贮藏实验显示，对照组及空白膜组在第6天出现霉变。负载CBG的薄膜有效延缓了果实L值的下降及a（红度）、b*（蓝紫度）的劣变。其中，0.125F–0.35F组在贮藏初期（3天内）对果实色泽的保护效果最佳，而高浓度组在长期贮藏中可能因促氧化作用加速了颜色变化。

3.6. Research on the Anthocyanin Content of Packaged and Unpackaged Fruit

花青素定量分析结果与色泽变化一致。低浓度CBG膜通过抗氧化作用有效稳定了花青素；而0.5F和0.75F组在贮藏后期花青素含量异常升高，推测是高浓度CBG引发的氧化应激导致细胞膜透性改变或次级代谢产物积累所致。

3.7. SEM Analysis of Polysaccharide Films

扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）图像显示，0F膜表面光滑致密；低浓度CBG膜表面无明显缺陷；高浓度CBG膜表面出现凹陷和粗糙度增加，这与溶胀系数的下降及密度的降低相吻合，证实了微观结构的变化。

3.8. Results of Vegetation Experiment

土壤施用实验表明，CBG薄膜对植物生长具有典型的剂量效应。适中浓度（0.25F–0.35F）显著提高了生菜叶片的相对含水量（Relative Water Content, RWC）、叶绿素、类胡萝卜素、总酚及黄酮醇含量，并促进了游离氨基酸和可溶性碳水化合物的积累，显示出显著的生物刺激作用。最高浓度（0.75F）则导致光合色素下降及氧化胁迫标志物（O₂•^?）水平波动，表明产生了轻微的氧化毒性。

讨论与结论

研究人员得出结论，果胶/可得然胶/CBG复合膜的成功制备实现了单一材料多功能化。在包装应用方面，适中的CBG浓度（0.125F–0.35F）能够平衡薄膜的力学性能、阻隔性能与颜色稳定性，并在短期内有效维持黑莓的感官品质与营养组分，抑制霉菌生长。在农业应用方面，该薄膜在土壤中释放的CBG可作为生物刺激剂，通过激活植物的抗氧化防御系统（苯丙烷代谢途径）和渗透调节机制，促进光合作用并提升作物代谢水平，但必须严格控制施用剂量以避免氧化损伤。该研究首次将CBG引入生物聚合物薄膜体系，不仅为解决传统塑料污染及易腐农产品损耗提供了新材料，还为植物保护和可持续农业发展开辟了基于大麻素的新策略。此项研究成果已发表于《Polymers》期刊。