含有茶树油的玉米醇溶蛋白-普鲁兰多糖-海藻酸钠复合膜在芒果采后保鲜中的应用：理化特性与保鲜效果研究

《Food Chemistry》：Tea tree oil-loaded zein-pullulan-sodium alginate composite films for postharvest mango preservation: physicochemical characterization and preservation efficacy

　　摘要：为开发用于新鲜水果采后保存的活性包装材料，本研究采用涂布法制备了一种含有茶树油的新型玉米醇溶蛋白-普鲁兰-海藻酸钠复合薄膜。当玉米醇溶蛋白溶液与普鲁兰/海藻酸钠溶液的质量比为1:2.5时，该薄膜的拉伸强度和断裂伸长率显著提高。同时，其阻隔性能也达到最佳状态，水蒸气透过率和二氧化碳渗透率分别降至5.97×10??和3.6×10?? g·m/m2·h·Pa。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析表明，茶树油、玉米醇溶蛋白、普鲁兰及海藻酸钠之间具有良好的相容性。此外，用该成膜乳液处理芒果后，能够调节活性氧的代谢水平。当茶树油浓度为1%时，涂层还能进一步增强对活性氧的清除作用。总体而言，这种含茶树油的复合薄膜具有作为水果包装功能材料的巨大潜力。

引言：芒果是全球重要的热带水果，产量位居各类水果之首（Zhou等人，2023）。它不仅营养丰富，还具有很高的经济价值。其中“台农一号”芒果因其软嫩的果肉和独特的风味而备受市场青睐（Wei等人，2026）。然而，芒果属于呼吸跃变型水果，这意味着在采收后仍会持续成熟并迅速变质，从而增加了储存和运输过程中的质量损失风险（Bambalele等人，2021；Liu, Xin等人，2022）。尽管低温储存、气调包装以及化学防腐剂可在一定程度上延缓芒果的衰老过程，但由于成本高昂或存在安全问题，这些方法的广泛应用仍受到限制（Dong等人，2026；Parvin等人，2023）。包装对于保护果蔬免受外界环境影响、延长其采后保质期具有重要意义（Tian等人，2024）。不过，常见的聚乙烯、聚丙烯等石油基材料由于不可生物降解，给环境带来了严重威胁。因此，开发用于果蔬保鲜的绿色可生物降解包装技术受到了广泛关注。

氧化应激是导致果蔬采后老化及腐烂的重要因素。活性氧的积累被认为是品质下降的主要原因，其表现形式包括细胞膜脂质过氧化、酶促褐变以及质地劣化（Wei等人，2025）。在果蔬储存过程中，O??·、H?O?等活性氧会不断积累。如果不能及时清除，这些活性物质会破坏细胞膜，并引发一系列与氧化应激相关的反应（Yan等人，2024）。植物依靠酶促和非酶促抗氧化系统来缓解氧化应激。主要的抗氧化酶包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶和抗坏血酸过氧化物酶，而抗坏血酸和酚类化合物则是主要的非酶促抗氧化剂（Rao等人，2025；Wang等人，2024）。这些防御机制有助于维持活性氧的产生与清除之间的平衡。及时有效的活性氧清除能够减轻果蔬的变质程度。例如，有研究显示，用缓释型茶树油涂层处理切开的菠萝，可显著提升抗氧化酶的活性，同时减少丙二醛的积累，从而延长其保质期（Tian等人，2023）。同样，涂层或活性包装材料也有望帮助维持采后芒果的活性氧平衡，进而保持其储存品质（Parvin等人，2023）。

作为一种新兴的生物基保鲜技术，可食用包装膜因易于获取、具备优异的降解性和良好的生物相容性，被越来越多地用于保障食品品质（Kumar等人，2023）。在这些材料中，普鲁兰是一种由黑曲霉代谢产生的胞外多糖。它由麦芽三糖单元构成，由于其良好的安全性，已被广泛应用于食品和制药领域（Rashid, Qayum, Liang等人，2024）。普鲁兰溶于水后会形成无色无味的溶液，同时还具有良好的成膜性以及出色的生物相容性和生物降解性（Haghighatpanah等人，2022）。基于普鲁兰的薄膜具有较高的氧气阻隔性（Aquinas等人，2024），同时还具备一定的抗氧化性能。不过，单层普鲁兰薄膜在干燥后容易变脆，机械强度较差且亲水性较强。通过加入适当的脂肪酸、甘油或疏水蛋白，可以缓解这些缺陷（Agrawal等人，2022）。

玉米醇溶蛋白是从玉米中提取的一种储藏蛋白，可溶于酒精，具有优异的成膜性和生物降解性。近年来，它被广泛用于可食用薄膜包装、药物缓释载体、生物材料等多个领域。玉米醇溶蛋白中含有大量非极性氨基酸，这使其具有很强的疏水性，从而使基于它的薄膜具备出色的水蒸气阻隔能力（Han等人，2023）。此外，玉米醇溶蛋白还具备良好的包封和控释功能，可将活性物质掺入复合薄膜中实现缓释效果（Ren等人，2022；Yi等人，2024）。不过，单独使用的玉米醇溶蛋白薄膜本身较为脆弱，机械强度有限。为提升其微观结构与机械性能，通常会将玉米醇溶蛋白纳米颗粒掺入多糖基基质中（Wu等人，2022）。

海藻酸钠同样具有优异的成膜能力和生物降解性（Wang等人，2023）。正因如此，含有海藻酸钠的复合薄膜在食品包装及其他功能性材料领域得到了广泛研究（Wang等人，2023；Zhang & Chen，2023）。然而，仅由单一成分构成的可生物降解薄膜往往机械强度不足，且抗氧化或抗菌性能有限，这限制了其在食品包装中的应用。因此，许多研究致力于探索如何通过多种成分的协同作用，既能提升材料的机械强度和阻隔性能，又能为活性物质的添加提供有效载体（Lade等人，2023；Rostamabadi等人，2024）。

将植物源精油通过包埋递送系统引入包装材料中，以增强其抗菌和抗氧化功能，这一研究方向日益受到重视。茶树油富含萜烯和醇类等活性成分（Liu, Wang等人，2023），具有广谱抗菌活性和较强的自由基清除能力（da Costa Gon?alves等人，2023；Li等人，2023）。不过，茶树油易挥发，对热和光敏感，单独使用时稳定性较差。将其包埋在复合薄膜中，如以乳液或纳米分散形式存在，不仅能显著提升其缓释效果和生物活性稳定性，还能提高该包装材料在水果保鲜中的应用效果（Ferreira等人，2023；Sharma等人，2024）。从结构角度来看，普鲁兰-玉米醇溶蛋白-海藻酸钠-茶树油体系可视为一种基于蛋白质-多糖-油脂乳液的薄膜网络。普鲁兰和海藻酸钠主要通过链缠结和分子间氢键形成连续的亲水基质（Rashid, Qayum, Bacha等人，2024），而玉米醇溶蛋白由于其两亲性结构及疏水性氨基酸残基，能够与多糖链相互作用，有助于稳定精油滴的界面结构（Zhu等人，2025）。复合薄膜的结构完整性主要由玉米醇溶蛋白、普鲁兰、海藻酸钠和茶树油之间的非共价相互作用决定，包括氢键、静电作用以及疏水作用。这些相互作用能够提升薄膜的相容性和致密性，抑制茶树油的迁移和挥发，同时有助于活性物质的缓释。在采后保鲜方面，这类薄膜可作为半透性屏障，调控水分和气体的传递，而茶树油的缓慢释放则可通过维持抗氧化能力和活性氧平衡，抑制微生物生长并减少氧化损伤（Tian等人，2023）。

因此，本研究旨在开发一种含有茶树油的玉米醇溶蛋白-普鲁兰-海藻酸钠复合薄膜体系，作为用于芒果采后保鲜的可生物降解活性包装材料。首先研究了玉米醇溶蛋白与普鲁兰/海藻酸钠的质量比对薄膜形成溶液流变特性的影响，随后系统评估了所制薄膜的结构、力学性能、阻隔性能、相容性以及活性功能。进一步探讨了茶树油在提升复合薄膜功能性能和保鲜效果中的作用。最后，将优化后的薄膜形成溶液应用于“台农一号”芒果，评估其在储存过程中延缓成熟和衰老的效果，重点考察了果实品质、抗氧化酶活性以及活性氧代谢情况。本研究为设计用于新鲜水果保鲜的可生物降解蛋白质-多糖-精油活性包装体系提供了理论依据和实践参考。

材料部分：分析级普鲁兰是一种具有良好成膜能力的water-soluble胞外多糖，药典级茶树油则购自中国上海的上海阿拉丁生化科技有限公司。生化试剂级的玉米醇溶蛋白纯度为92%，是一种可溶于水乙醇的疏水性玉米储藏蛋白，常被用作可生物降解的成膜材料，购自中国信阳的信阳穆凡生物技术有限公司。海藻酸钠为BR等级，吐温-80为化学纯度级别。

薄膜形成溶液的流变特性：如图1A和B所示，所有薄膜形成溶液的粘度均随着剪切速率从0.1升至100 s?1而降低。这种剪切变稀行为与先前的研究结果一致（Zhang, Liu, Wang等人，2019），也是聚合物假塑性特征的典型表现。这一特性表明，所有薄膜形成溶液都具有良好的铺展性（Zeng等人，2023），这很可能是由于高分子链的解缠以及分子间作用力的减弱所致。

结论：在本研究中，我们制备了含有茶树油的由玉米醇溶蛋白、普鲁兰和海藻酸钠组成的复合薄膜。通过优化玉米醇溶蛋白与普鲁兰/海藻酸钠溶液的质量比，成功制备出了性能优异的优化复合薄膜。在此基础上，进一步研究了添加1%和2%茶树油对复合薄膜性能的影响。实验结果表明，通过调整玉米醇溶蛋白的比例，可以调控基于玉米醇溶蛋白-普鲁兰-海藻酸钠的薄膜的强度和阻隔性能。

CRediT作者贡献说明：方远：撰写——初稿、方法学、正式分析、数据整理、概念构建。魏珍妮：方法学、实验研究、正式分析、数据整理。刘慧婷：方法学、实验研究、正式分析、数据整理。余胜岩：方法学、实验研究、正式分析、数据整理。黄菊燕：方法学、实验研究、正式分析、数据整理。徐建本：可视化、软件应用、方法学、正式分析、数据整理。魏美青：

资金支持：本研究得到了多项资助，包括广西壮族自治区高等学校中青年骨干教师培养计划项目（项目编号2025KY0929）、国家自然科学基金项目（项目编号32302630）以及广西大学学科建设对口支援项目（项目编号2023M01）。

利益冲突声明：作者声明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。

方远|魏珍妮|刘慧婷|余胜岩|黄菊燕|徐建本|魏美青|王春燕|黄崇兴|李莉