《Food Research International》：Photothermal antibacterial bilayer films from konjac glucomannan/shellac: A Prussian blue-engineered strategy for preservation of fresh-cut
Benincasa hispida
编辑推荐：
•PB@MSN-CIN纳米粒子可通过近红外触发光热转换来促进CIN的释放。•S/P-HK双层膜将负载PB@MSN-CIN的P-HK内层与疏水性的SHL-QCT外层结合在一起。•通过调节SHL-QCT层的厚度，可提升双层膜的防潮性、紫外线阻隔能力以及光热保持性能。•在近红外处理下，
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PB@MSN-CIN纳米粒子可通过近红外触发光热转换来促进CIN的释放。
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S/P-HK双层膜将负载PB@MSN-CIN的P-HK内层与疏水性的SHL-QCT外层结合在一起。
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通过调节SHL-QCT层的厚度，可提升双层膜的防潮性、紫外线阻隔能力以及光热保持性能。
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在近红外处理下，优化后的S/P-HK膜能够抑制新鲜切分的Benincasa hispida的微生物生长、褐变以及水分流失。
引言
像Benincasa hispida这类高含水量的新鲜切菜很容易出现品质快速下降的问题。它们持续的呼吸作用和水分释放会在包装内部形成潮湿环境，进而加速酶促褐变、微生物生长以及质地恶化（Shan等人，2024）。尤其是微生物的大量繁殖会限制低加工度农产品的安全性和保质期（Shen等人，2024）。长期以来，聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）这类传统石油基包装材料一直是常用的包装材料（Wang等人，2023）。全球每年生产的塑料量超过4亿吨（Fulke, Bhanushali & Jadhav，2025），其中约50%用于食品包装（Abedi-Firoozjah等人，2025）。然而，实际回收的塑料废料不到10%，而大约60%的塑料废料被填埋或排放到海洋中（Reis, Wu & Potyatynnyk，2019）。作为难以降解的材料，塑料会通过微塑料污染、内分泌干扰物质渗出以及生态毒性等途径对环境和人类健康造成严重威胁（Bahramian等人，2025；Zhao等人，2024）。塑料的生命周期具有较高的碳排放强度，这不仅加剧了气候变化，也与联合国设定的可持续发展目标相悖，尤其是目标12（负责任的消费和生产）、目标13（气候行动）以及目标14（水下生命）（Bahramian等人，2025；Venkatachalam等人，2026）。因此，开发能够保持高含水量食品的品质与安全性，同时降低其环境影响的生物基活性包装系统已成为亟需研究的课题（Abedi-Firoozjah等人，2025；Chen等人，2019；Javdani等人，2025）。
活性包装可以通过在薄膜基质中加入抗菌和抗氧化化合物，从而控制这些成分在储存过程中的释放与保留（Faisal等人，2021；Ozdemir & Floros，2004）。不过，将生物基活性包装应用于高含水量食品时，仍存在薄膜稳定性以及活性成分释放效率方面的局限。许多生物基薄膜，尤其是多糖基薄膜，在高湿度环境下往往具有较差的防潮性能和结构稳定性，这限制了它们的实际应用（Lei等人，2026）。将活性成分直接加入薄膜基质中，往往会导致其过早流失或释放失控，且通常无法实现刺激响应式的释放功能（Wang等人，2025）。虽然表面疏水化和交联处理可以提高生物基薄膜的防潮性和结构稳定性，但这些方法主要只能改善单层基质，难以同时独立调控屏障性能和活性成分的释放效果（Qiao等人，2025；Zhang等人，2022）。相比之下，双层结构可以让活性功能和屏障功能分别分配到不同的层中，各自进行优化，同时保持二者之间的互补作用（Parlak等人，2023；Wang等人，2022）。这种功能分离为选择适合内外层不同功能的材料提供了可能。
魔芋葡甘聚糖是一种具有优异成膜能力的可生物降解多糖，但基于它的薄膜通常机械强度和屏障性能不足，因此难以用于食品包装领域（Lei等人，2019；Qiao等人，2025；Tang等人，2025）。将魔芋葡甘聚糖与相容性良好的聚合物混合，是提升其物理化学性能的有效方法。羟乙基纤维素是一种富含羟基的纤维素衍生物，已被用作复合薄膜体系中的成膜基质和功能载体（Motelica等人，2024；Qu等人，2024）。由于其富含羟基的结构，羟乙基纤维素有可能作为相容性共基质，用来改善基于魔芋葡甘聚糖的薄膜的均匀性及物理化学性质。不过，由此形成的魔芋葡甘聚糖/羟乙基纤维素复合基质本身并不具备足够的抗菌和抗氧化活性，因此需要额外添加活性成分。肉桂醛是一种天然精油成分，具有抗菌和抗氧化功效，但由于其易挥发且化学性质不稳定，直接加入薄膜基质后可能会过早流失或释放失控。因此，迫切需要采用纳米载体封装等技术，既能防止肉桂醛挥发和降解，又能实现其持续或可控的释放（Imani等人，2020；Zeng等人，2016）。介孔二氧化硅纳米粒子因其极高的化学稳定性、较大的比表面积以及可调控的孔结构，被视为极具潜力的纳米载体（Song等人，2016）。它们的多孔结构便于装载和保护肉桂醛，同时其易于功能化的表面也为构建额外的功能外壳提供了可能（Fernandes, Nayak, Garg & Nayak，2023；He等人，2014；Weisany, Samadi, Tahir, Amini & Hossaini，2022）。普鲁士蓝作为一种出色的光热材料，具有很强的近红外吸收能力和光热转换性能，已被用于光热抗菌系统中（Fu, Liu, Feng & Yue，2012；Li等人，2019；Luo等人，2021；Qi等人，2024；Wang等人，2024）。我们推测，可以在介孔二氧化硅表面生长普鲁士蓝，从而构建核壳结构纳米杂化物，这样带有普鲁士蓝外壳的负载肉桂醛的介孔二氧化硅纳米粒子就能够在近红外照射下产生局部热量，进而促进肉桂醛从介孔中释放出来。我们将这种纳米粒子引入羟乙基纤维素基质中，从而构建出具有多重功能、能对近红外光响应的活性层（P-HK）。
为了提升P-HK的防潮性能，我们选择了壳聚糖作为外层材料。壳聚糖是一种天然的成膜树脂，具有疏水性，已在多种食品相关涂层体系中得到应用（Li, Hu, Jin & Wu，2024）。其上的羧基和羟基有助于与其他成膜成分之间形成分子间相互作用（Ma等人，2024）。纯壳聚糖薄膜通常较为坚硬且易碎，因此需要通过添加适当添加剂来提高其柔韧性。槲皮素是一种源自植物的黄酮醇，具有抗氧化和抗菌作用，同时还含有多个酚羟基（Zhang等人，2024）。有研究指出，添加槲皮素可以改变基于壳聚糖的材料的分子间相互作用及其柔韧性（Li等人，2024），因此含有槲皮素的壳聚糖层有望成为一种兼具疏水性和功能性的外层材料。此前关于层状光热系统的研究显示，具有热阻性的层以及层厚度的变化会影响热量散发、表面温度变化以及冷却效果（Jiang等人，2024；Xiao等人，2024）。我们进一步推测，通过调整SHL-QCT外层的厚度，可以改变近红外照射时的热量保留情况，进而提升防潮性能。SHL-QCT与富含羟基的羟乙基纤维素基质之间可能存在的分子间相互作用，也有助于提升所形成的S/P-HK双层膜的界面完整性。
简而言之，我们研制出了S/P-HK双层膜，并系统研究了外层厚度对其微观结构、界面完整性、机械性能和防潮性能、光热响应以及近红外响应型肉桂醛释放行为的影响。同时，我们还评估了这类薄膜的抗菌、抗氧化活性、细胞毒性、生物降解性以及对新鲜切分Benincasa hispida的保鲜效果。这项研究提出了一种可通过调控厚度来实现功能优化的双层活性包装策略，该策略结合了防潮功能、近红外触发型肉桂醛释放功能以及光热抗菌功能，旨在解决高含水量食品的保鲜难题。
章节要点
材料
魔芋葡甘聚糖（纯度为90%，分子量为1.96×105 Da，CAS编号：37220-17-0）购自湖北益之魔芋科技有限公司。羟乙基纤维素（纯度≥98%，分子量为9.136×103 Da，CAS编号：9004-62-0）、肉桂醛（纯度≥95%，分子量为132.16，CAS编号：104-55-2）、槲皮素（纯度≥95%，分子量为302.24，CAS编号：117-39-5）、十六烷基三甲基溴化铵（纯度≥99%，分子量为364.45，CAS编号：57-09-0）、正硅酸四乙酯（纯度≥99.99%，分子量为208.33，CAS编号：78-10-4）、(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷（纯度≥98%，分子量为221.37，CAS编号：
S/P-HK双层膜的表征
结论
在本研究中，我们通过将负载PB@MSN-CIN的活性内层与疏水性的SHL-QCT外层相结合，成功制备出一种具有多重功能、能对近红外光响应的生物基双层膜（S/P-HK）。界面氢键和物理相互作用有助于实现这两层材料的整合。增加SHL-QCT外层的厚度，不仅能显著提升薄膜的防潮性能和热量保留能力，还能保持P-HK层对肉桂醛的近红外响应型释放功能。与此同时，
作者贡献说明
雷欣：写作——审稿与编辑，写作——初稿撰写，可视化分析，实验研究，正式分析，数据整理。王月光：写作——审稿与编辑，结果验证。陈贤瑞：写作——审稿与编辑，结果验证。张静：实验研究。林轩：实验研究。郭文军：数据整理。关秀青：数据整理。温成荣：研究指导，方法设计。张迪：写作——审稿与编辑，概念构思。王琳：写作——审稿与编辑，资金获取。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号：2022YFD2101102）以及南京农业大学食品科技学院的科技创新基金（青年人才支持项目）（项目编号：80900820，L.W.）的资助。
雷欣|王月光|陈贤瑞|张静|林轩|郭文军|关秀青|温成荣|张迪|王琳|庞杰
