新型CS/N-TiO2/NT涂层与低温协同延长大球盖菇贮藏寿命的作用

《Food Chemistry: X》：Synergistic effect of novel CS/N-TiO?/NT coating and low temperature in prolonging the storage life of Stropharia rugosoannulata

　　

采后大球盖菇（Stropharia rugosoannulata）因真菌感染和活跃代谢而腐败。研究人员开发了一种新型壳聚糖/氮掺杂二氧化钛/纳他霉素（CS/N-TiO₂/NT）复合膜，对伪嗜镰刀菌（Fusarium pseudoanthophilum）和紫产色青霉（Talaromyces purpureogenus）的抑制率分别达到71.30%和75.04%，抗拉强度提高132.20%，氧气透过率降低69.29%。保鲜效果显著依赖于温度。在25?°C时，仅观察到边际改善。在10?°C时，该涂层显著降低了总菌落数并调节了酶活性，特别是激活了过氧化物酶（POD），延缓了超氧化物歧化酶（SOD）的下降，并抑制了多酚氧化酶（PPO）。在4?°C时实现了最佳保鲜效果，呼吸强度和微生物增殖受到抑制，同时SOD活性得到有效维持。Cox比例风险分析进一步证实，与未涂层对照相比，在4?°C下储存的涂层样品贮藏寿命延长了33.33%–38.46%。这些发现建立了一种温度响应性保鲜策略，并为延长易腐蘑菇的货架期提供了机制框架。

大球盖菇（Stropharia rugosoannulata）作为国际十大贸易食用菌之一，凭借独特风味、高营养价值和药用特性备受青睐，并被联合国粮农组织（FAO）推荐为适宜发展中国家栽培的作物。然而，其采后极易腐烂，表现为菌盖褐变、破裂、菌柄萎缩及白色絮状霉变，主要腐败真菌包括伪嗜镰刀菌（Fusarium pseudoanthophilum）、黑曲霉（Aspergillus niger）、无孢根霉（Rhizopus azygosporus）和紫产色青霉（Talaromyces purpureogenus）。现有保鲜技术如短期厌氧处理和亚冻结温度虽有一定效果，但针对大球盖菇的高效保鲜方法仍十分有限，亟需创新储存方案。针对这一背景，研究人员开发了一种新型壳聚糖/氮掺杂二氧化钛/纳他霉素（CS/N-TiO₂/NT）复合膜，系统评估了其抗真菌活性、理化性能及在不同温度（4?°C、10?°C、25?°C）下对大球盖菇的保鲜效果，并通过相关性分析和Cox比例风险模型揭示了温度依赖的保鲜机制。该研究旨在为多温度梯度下大球盖菇的高效长期储存提供科学理论依据和实践技术支持。论文发表在《Food Chemistry: X》。

该研究采用的主要关键技术方法包括：通过共沉淀法合成CS/N-TiO₂纳米杂化体，并分别添加四种抗菌剂（纳他霉素NT、乳链菌肽nisin、ε-聚赖氨酸ε-PL和茶多酚TP）制备复合膜；利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征结构；测定厚度、拉伸强度（TS）、断裂伸长率（EAB）、水蒸气透过率（WVP）、氧气透过率（OP）和二氧化碳透过率（CDP）等力学与屏障性能；通过菌丝生长抑制试验评估抗真菌活性；将大球盖菇样本（来自湖北省武汉市区域农场）浸泡在复合膜溶液中60秒，自然晾干，分别在4?°C、10?°C和25?°C下储存；定期测定L*值、失重率、腐烂率、呼吸强度、总菌落数、丙二醛（MDA）含量及过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）和超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用Pearson相关分析、随机森林风险比和Cox比例风险模型进行数据统计。

研究结果如下：

3.1 复合膜的抗真菌活性：通过菌丝生长抑制试验，研究人员发现CS/N-TiO₂/NT复合膜对四种腐败真菌的抑制率最高，尤其对无孢根霉和紫产色青霉的抑制效果显著优于含nisin或ε-PL的复合膜（P?
3.2 复合膜的理化表征：3.2.1 结构表征：XRD显示N-TiO₂成功掺入CS基体，未破坏原有晶体结构；FT-IR证实氢键形成（羟基伸缩振动红移、酰胺-I带位移）及NT成功掺入（出现1802?cm^-1的C=O伸缩振动峰）；SEM显示复合膜表面粗糙但无裂纹或孔隙，形成均匀致密结构。3.2.2 力学和屏障性能：复合膜厚度增加35.47%，拉伸强度提高132.20%，而断裂伸长率无显著变化；水蒸气透过率显著降低（P?
3.3 保鲜效果：3.3.1 质量属性：涂膜处理延缓了L*值下降、失重率和腐烂率，尤其在4?°C下效果显著，第15天腐烂率从26.0%降至16.5%，降低36.54%。3.3.2 生理生化参数：涂膜抑制了呼吸峰，在4?°C和10?°C下分别将呼吸高峰从9天延迟至12天、从6天延迟至9天；降低了总菌落数，尤其在10?°C下第3天降低20.93%；在10?°C和25?°C下显著降低MDA含量（P?
讨论部分总结了复合膜的多层抗真菌机制：壳聚糖（CS）通过质子化氨基与真菌细胞膜静电作用破坏膜完整性，氮掺杂TiO₂（N-TiO₂）在可见光下产生活性氧（ROS）造成氧化损伤，纳他霉素（NT）结合细胞膜甾醇发挥靶向抑制。结构增强方面，N-TiO₂均匀分散形成稳定网状结构，NT与CS结合改善分布均匀性。屏障性能改善归因于氢键减少自由羟基、N-TiO₂延长水蒸气扩散路径。温度依赖性保鲜机制：25?°C时加速衰老导致涂层保护作用微弱；10?°C时抗菌功能成为主导；4?°C时涂层通过抑制呼吸、抑制微生物增殖和稳定SOD活性实现多靶点作用，从而获得最佳保鲜效果。研究结论翻译如下：本研究成功制备了CS/N-TiO₂/NT复合膜，并证明其在延长大球盖菇采后贮藏寿命方面的有效性。机制上，氮掺杂TiO₂将光催化抗菌活性扩展到可见光谱，而纳他霉素提供靶向杀菌效果，由壳聚糖的成膜和屏障功能协同增强。这些组分的协同作用显著提高了整体保鲜效果。此外，涂层的保鲜效果高度依赖于温度。在25?°C时，由于加速衰老，保护作用微乎其微。在10?°C时，质量保持的主要决定因素从内源性氧化酶调节转变为微生物控制，突出了抗菌功能的主导地位。最佳保鲜效果出现在4?°C，此时涂层发挥多靶点作用，抑制呼吸、抑制微生物增殖以及稳定SOD介导的抗氧化防御。Cox比例风险模型分析显示，与未涂层对照相比，在4?°C下涂膜样品贮藏寿命延长了33.33%–38.46%。这些发现确立了CS/N-TiO₂/NT复合膜作为一种有效的、温度响应性保鲜策略，用于易腐蘑菇，为不同储存温度下采后干预的合理设计提供了实践解决方案和机制框架。