含有芦丁-环糊精包合物的电纺醋酸纤维素纤维垫材，用于高效的采后包装

《Food Packaging and Shelf Life》：Electrospun cellulose acetate fiber mats incorporating luteolin-cyclodextrin inclusion complex for active postharvest packaging

　　

摘要

本研究提出了一种基于环糊精的策略，用于制备电纺醋酸纤维素纤维垫，该纤维垫中含有木犀草素/磺丁基醚-β-环糊精复合物，可作为活性采后包装材料。该复合物显著提升了木犀草素的溶解度（约提高62.5倍），其结合常数高达3186.90?M^?1，从而提升了其在纤维基质中的分散性和稳定性。通过¹H NMR和2D-NOESY光谱分析确认了宿主-客体相互作用，而FTIR和PXRD分析则表明木犀草素已被成功包封且呈现非晶态。所制备的电纺醋酸纤维素/木犀草素复合物纤维垫具有均匀的形态，平均直径为1.242?±?0.237?μm，孔隙率也有所降低，为12.13%，而普通醋酸纤维素纤维垫的孔隙率为19.07%。这类纤维垫仍保持其疏水特性（接触角分别为95.59°和87.01°），且膨胀指数更高，为167.86%。此外，这些亚微米级纤维还具有紫外线阻隔功能、可被酶分解，以及更强的抗菌性能，能够将金黄色葡萄球菌的浓度从3.98?×?10⁸ CFU/mL降至7.1?×?10⁷ CFU/mL，将大肠杆菌的浓度从3.65?×?10⁸ CFU/mL降至2.86?×?10⁸ CFU/mL，这些效果均优于普通醋酸纤维素纤维垫。以葡萄和新鲜切花椰菜为测试对象的研究表明，使用这种纤维垫的重量损失明显低于聚乙烯包装，分别为3.07%和3.61%，而聚乙烯包装的重量损失分别为5.08%和6.63%。研究结果表明，复合物与纤维结构的协同作用提升了材料的稳定性、抗菌效果以及采后保存能力。

引言

全球范围内食品变质问题日益严重，这对粮食安全造成了严重影响，因此亟需创新且有效的食品包装解决方案（Hussain等人，2024；Singh等人，2023）。尤其是新鲜水果和蔬菜，在采后处理、运输和储存过程中很容易因机械损伤、微生物污染和氧化应激等因素而发生降解或变质（Ngubane等人，2026；Ullah等人，2025）。

传统的包装材料大多为不可生物降解的塑料，这类材料难以有效防止微生物侵害和氧化反应。此外，塑料的广泛使用还加剧了全球塑料污染问题（Adeebpasha等人，2026；Edo等人，2025）。在这种背景下，含有活性生物分子的生物聚合物基电纺纤维垫成为活性食品包装材料的理想选择（Abdullahi等人，2025；Mathew等人，2025；Tammina等人，2026）。这类电纺纤维垫具有诸多优势，比如较高的表面积与体积比、可调控的孔隙率、轻质结构以及良好的生物降解性（Sree等人，2025；Yildiz等人，2025）。

为了减少塑料废物并减轻环境污染，人们越来越倾向于使用生物聚合物作为传统塑料的可持续替代品（Mafe等人，2025）。在各种生物聚合物中，纤维素及其衍生物，尤其是醋酸纤维素，因其储量丰富、具有生物相容性、可生物降解、无毒、成本低廉，以及良好的化学和机械性能而备受关注（Nath等人，2024；Zamruddin等人，2025）。醋酸纤维素由于其葡萄糖单元中含有乙酰基团而具有疏水特性，乙酰基含量越高，其疏水性越强，因此在有机溶剂中的溶解度也高于天然纤维素，这有助于在纤维形成过程中实现更简便的处理（Abdellah等人，2023）。此外，醋酸纤维素还具备出色的电纺成纤能力，因此非常适合用于各类先进材料配方及包装应用（Wsoo等人，2020）。当这类材料与抗菌和抗氧化活性分子结合后，便能在包装环境中实现活性成分的缓释，从而在保障食品保鲜的同时维护环境可持续性（Latif等人，2025；Westlake等人，2022）。

在本研究中，为赋予包装材料活性功能，我们选用了木犀草素作为一种功能性生物活性化合物。木犀草素是一种天然存在的黄酮类物质，广泛存在于多种蔬菜、草药和水果中，具有公认的抗菌和抗氧化功效，可用来延长食品保质期并保持产品品质（Lv等人，2025；Punia Bangar等人，2023；Qian等人，2020）。然而，木犀草素的水溶性较低且稳定性较差，这可能限制其在包装材料中的抗菌效果（Mahwish等人，2025）。为解决这一问题，人们首先将木犀草素引入环糊精的空腔中，形成包合物。在各种环糊精衍生物中，改性环糊精因其更高的溶解效率、更低的毒性以及更好的成本效益而备受重视（Hadadian等人，2025；Pardeshi等人，2023）。

因此，本研究假设：将木犀草素纳入环糊精包合物中，再将其嵌入电纺醋酸纤维素纤维垫中，就能制得一种具有更好功能特性的可生物降解活性包装材料，此类材料有望延长新鲜水果和蔬菜的保质期，并在采后储存期间保持其品质。木犀草素复合物是通过冷冻干燥法制备的，随后通过电纺技术被包封到醋酸纤维素纤维垫中，形成醋酸纤维素/木犀草素复合物纤维垫（CA/LTN-IC-FM）（图1）。我们利用多种分析技术，包括NMR、FTIR、SEM、PXRD、TGA和DSC，对所制备的复合物和纤维垫进行了全面表征。此外，还研究了基于醋酸纤维素的纤维垫的表面润湿性、膨胀指数以及颜色和光学特性。我们在酯酶和纤维素酶存在的情况下评估了这些纤维的酶解行为。同时，还通过菌落形成单位测定法评估了这些纤维对常见食源性病原体——大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果。最后，我们以葡萄和新鲜切花椰菜作为模型食品，评估了这种纤维在延长食品保质期和保持食品品质方面的效果（图1）。

章节摘录

材料与方法

醋酸纤维素（CAS编号：9004–35–7，通过GPC测得的平均分子量为50,000）、羟丙基-β-环糊精（平均分子量约为1460?g/mol，CAS编号：128446–35–5）、甲基-β-环糊精（平均分子量为1310，CAS编号：128446–36–6）、纤维素酶（CAS编号：9012–54–8）以及来自猪肝的酯酶（CAS编号：9016–18–6）均购自Sigma-Aldrich公司。木犀草素（CAS编号：491–70–3，分子式：C₁₅H₁₀O₆，分子量为286.24?g/mol，纯度大于98.0%）则购自印度BLD Pharmatech公司。Captisol?（磺丁基醚-β-环糊精，CAS编号）。

木犀草素与改性β-环糊精衍生物的相溶度曲线

相溶度研究是一种传统且有效的分析方法，可用于确定稳定性或结合常数（K_b），并了解不同环糊精与客体分子之间的摩尔比例关系（Higuchi & Connors，1965）。木犀草素与不同类型环糊精（M-β-环糊精、HP-β-环糊精和SBE-β-环糊精）的相溶度曲线如图2）所示。所有的溶度曲线都呈现出典型的A_L型特征，即随着

结论

在本研究中，我们成功制备了含有木犀草素/磺丁基醚-β-环糊精复合物的电纺醋酸纤维素纤维垫，这类纤维垫可用于采后包装。该复合物提升了木犀草素的溶解度和稳定性，使其能够均匀地掺入纤维中。由此得到的亚微米级纤维具有较低的孔隙率、较强的疏水性、更好的膨胀性能以及出色的紫外线阻隔能力。更重要的是，这类纤维的

CRediT作者贡献说明

Nabab Khan：负责撰写原始稿件、方法部分、实验研究以及正式分析工作。Neha Rana：负责撰写文章的审阅与编辑工作、方法部分、实验研究以及正式分析工作。Ankit Saneja：负责撰写文章的审阅与编辑工作、验证部分、项目监督、资源协调、项目管理、资金筹措、正式分析、数据整理以及概念构思工作。

关于写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

作者们使用了Grammarly工具来检查语法错误并提升手稿的可读性。在使用该工具之后，作者们对内容进行了必要的审阅和修改，并对最终发表的内容负全责。

利益冲突声明

作者们声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者们衷心感谢CSIR-IHBT的负责人在研究过程中给予的支持和鼓励。A.S.特别感谢CSIR在项目MLP204中提供的资金援助。N.K.则感谢印度新德里的科学与工业研究委员会（CSIR）授予的研究奖学金，该奖学金的编号为GATE31/0054(12027)/2021-EMR-I。此外，作者们还要向印度的高性能材料研究中心（AMRC）表示诚挚的感谢

Nabab Khan|Neha Rana|Ankit Saneja

印度喜马偕尔邦帕兰普尔176061，CSIR-喜马拉雅生物资源技术研究所，营养与饮食技术部门，配方实验室