以聚乙烯醇基薄膜与胶粘剂复合用于草莓保鲜的物理化学特性、生物降解性及应用研究

《Journal of Stored Products Research》：Physichemical characterization, biodegradability, and applications of polyvinyl alcohol-based film combined with mastic for strawberry preservation

　　摘要：本研究开发了以乳香树脂改性的聚乙烯醇（PVA）薄膜，用作在4℃下储存15天的草莓的生物可降解活性包装材料。共测试了四种配方：纯PVA以及含有不同比例乳香树脂的PVA薄膜（PVA/MA1、PVA/MA2和PVA/MA3）。乳香树脂的加入导致了明显的浓度依赖性变化：薄膜厚度从54.2μm逐渐增加到57.6μm，而抗拉强度则从42.8MPa降至32.1MPa。相反，断裂伸长率从126.4%上升至147.9%，表明其柔韧性有所提高。水蒸气渗透率从4.82g·mm?2·天?1·kPa?1持续下降至3.52g·mm?2·天?1·kPa?1，水接触角从56.7°上升至71.5°，这体现了其更好的防潮性能和表面疏水性。乳香树脂还降低了薄膜的含水量和溶解度，并提升了热稳定性，不过过高的树脂含量会降低透明度并导致颜色轻微变化。此外，其抗氧化性能显著增强，总酚含量从0.35mg GAE·g?1薄膜上升至1.97mg GAE·g?1薄膜，DPPH抑制率从4.2%上升至34.9%。在冷藏储存过程中，与未加包装的草莓及纯PVA相比，PVA-乳香树脂薄膜减少了草莓的重量损失，延缓了软化现象，限制了颜色变化，控制了可溶性固形物的积累，并提高了酚类物质的保留量。其中PVA/MA3具有最强的保鲜效果，而PVA/MA2则在阻隔性、疏水性、抗氧化性、机械性能和光学性能之间取得了最佳平衡。这些研究结果表明，PVA/MA2是一种很有前景的用于冷藏草莓保鲜的生物可降解活性包装薄膜。

引言：全球范围内对石油基塑料作为食品包装材料的依赖引发了严重的环境和健康问题。传统塑料需要数十年甚至数百年才能分解，会分解成微塑料和纳米塑料，污染陆地和海洋生态系统，同时在生产和处理过程中还会产生温室气体，还存在有害添加剂渗入食品的风险（Geyer等人，2017；Kashima等人，2011）。这些问题，再加上消费者偏好和法规的变化，推动了兼具性能与可持续性的生物可降解包装材料的发展。基于可再生聚合物或聚乙烯醇（PVA）这类无害合成材料的生物基及生物可降解薄膜，能够满足现代食品包装对机械强度、气体/水分阻隔性以及光学性能的要求，同时还能减少废弃后的环境负担（Liu等人，2022；Pop等人，2024；Siracusa等人，2008）。除了被动防护之外，活性包装和智能包装系统还结合天然生物活性物质或传感组件，具备抗氧化、抗菌或监测新鲜度的功能，有助于减缓食品变质并提升储存期间的质量控制水平（Ali和Ahmed，2021；Khan等人，2023；Lai，2021；Basdeki等人，2025；Feng等人，2026）。这些策略有助于实现循环经济目标，减少整个生鲜产品供应链中的浪费（Nagar等人，2020）。近年来，活性生物可降解包装的研究越来越注重添加树脂的聚合物薄膜，因为天然树脂能够在同一薄膜系统中实现疏水、抗氧化、抗菌和紫外线阻隔等多种功能。壳胶基薄膜和涂层因其阻水、光泽度和成膜性能，以及携带抗菌剂的潜力，近来作为可生物降解且可食用的树脂材料，被单独使用或与生物聚合物混合用于食品包装领域（Wang等人，2025；Brudzyńska等人，2025a）。同样，松香也被研究作为一种可再生的疏水添加剂，用于提升食品包装聚合物的防水性、热稳定性、紫外线防护能力和抗菌性能（Ke等人，2024）。Corrêa-Filho等人（2024）指出，含有松香树脂和ZnO纳米粒子的壳聚糖薄膜，由于较低的水溶性、良好的紫外线防护能力以及较低的水蒸气和氧气渗透率，其阻隔性、机械性能、热性能和光学性能都有所提升。与此同时，蜂源树脂类物质如蜂胶和蜂蜡也被用来增强生物聚合物薄膜的防潮性、紫外线防护能力、抗氧化活性和抗菌效果（Li等人，2026）。乳香也被添加到聚乳酸薄膜中，提升了其不透明度和水蒸气阻隔性能，不过过量添加可能会导致结构缺陷并降低机械强度（Aydogdu Emir等人，2023）。这些最新研究结果表明，添加树脂的聚合物薄膜为克服许多生物可降解聚合物的亲水性和有限的生物活性提供了一种有效途径；然而，将乳香树脂用于新鲜水果的PVA基活性初级包装方面的研究 ainda不够充分。乳香树脂，又称希俄斯乳香，是从 Pistacia lentiscus var. chia 中提取的天然芳香分泌物。从化学成分来看，它是一种复杂的树脂状物质，主要由聚合物组分、挥发性成分和三萜类化合物构成。目前已发现乳香中含有120多种化合物，其中三萜类化合物是主要成分，包括酸性三萜和中性三萜，如乳香二烯酸、异乳香二烯酸、乳香二烯醇酸、异乳香二烯醇酸、齐墩果酸和莫诺酸，以及α-蒎烯、β-月桂烯、柠檬烯等挥发性单萜类化合物及相关萜类物质（Koutsoudaki等人，2005；Pachi等人，2020；Ottria等人，2023）。乳香还含有酚类化合物、黄酮类化合物和单宁相关成分，这些成分为其赋予了抗氧化和抗菌活性（Sehaki等人，2023）。正是由于这些化学成分，乳香树脂特别适合用于活性包装，因为其疏水树脂和三萜类成分能够提升防水性和阻隔性能，而酚类和挥发性成分则可发挥抗氧化和抗菌作用。以往已有研究开始探索乳香及其衍生物在聚合物薄膜和涂层中的应用，但与精油和植物提取物相比，相关研究仍相对较少。Aydogdu Emir等人（2023）将乳香添加到聚乳酸薄膜中，发现其不透明度和水蒸气阻隔性能有所提升，但过量添加会导致结构缺陷并降低机械强度。Brudzyńska等人（2025b）制备了含有乳香油的壳聚糖薄膜，发现添加乳香油能降低薄膜的亲水性，进一步证明了乳香衍生物在提升表面防水性方面的作用。在另一种活性包装研究中，Abbaspour Monjezi等人（2018）将乳香树汁精油添加到乳清蛋白基可食用薄膜中，发现其具有对抗扩展青霉的抗菌活性。乳香还被用作新鲜杏仁核的可食用涂层，以提升产品的保鲜效果（Farooq等人，2021）。这些研究表明，以乳香为添加剂的材料能够改善包装薄膜或涂层的阻隔性、疏水性、光学性能和抗菌性能。不过，目前大多数研究都是针对PLA薄膜、壳聚糖薄膜、乳清蛋白薄膜或可食用涂层，而将乳香树脂系统地应用于易腐水果的PVA基活性初级包装方面的研究仍然较少。在此背景下，作为Pistacia lentiscus var. chia天然分泌物的乳香，是一种极具潜力的多功能添加剂。植物化学研究显示，乳香富含萜类和酚类成分，具有抗氧化和抗菌活性，同时还具备天然的疏水性，当分散在PVA这类亲水基质中时，能够提升防潮和阻氧性能（Koutsoudaki等人，2005；Ottria等人，2023；Sehaki等人，2023）。虽然以往有研究利用植物提取物和精油来改善生物聚合物薄膜的性能，但树脂类生物添加剂的应用仍较为有限，尤其是针对新鲜水果的初级生物可降解包装中乳香的系统性研究更是很少（Atarés和Chiralt，2016；Gaikwad等人，2016）。草莓（Fragaria × ananassa）营养价值很高，但由于呼吸作用旺盛、果皮较薄，且容易受到脱水、酶促褐变和微生物污染的影响，因此极易腐烂（Azam等人，2019；De Bruno等人，2023；Yousuf等人，2018）。在冷藏储存过程中，不受控制的失水和氧化反应是导致草莓软化、颜色变化以及成分改变的主要原因。因此，能够降低水蒸气透过率、控制气体交换并减少氧化反应的包装对于延长草莓的适销期至关重要（Prasad等人，2018；Zhang等人，2024）。尽管基于PVA以及PVA/淀粉的生物可降解薄膜已被广泛用于食品包装，包括最新的活性和智能保鲜系统，但其亲水性和有限的天然生物活性仍然是制约其用于新鲜水果保鲜的瓶颈（Basdeki等人，2025；Feng等人，2026）。以往关于活性薄膜的研究大多集中在植物提取物、精油、花青素或富含酚类的副产物上，而树脂类添加剂，尤其是乳香树脂，则很少被关注。此外，现有的乳香相关研究大多是对PLA薄膜、壳聚糖薄膜、乳清蛋白薄膜或可食用涂层的研究，而非针对用于冷藏草莓的PVA基初级包装薄膜。因此，本研究的创新之处在于开发了PVA-乳香复合薄膜，其中乳香树脂发挥着双重功能：作为疏水树脂相，提升薄膜的防潮性和阻隔性能；作为生物活性相，增强抗氧化功能并保持水果品质。通过将乳香的化学特性、薄膜结构、材料性能与草莓的储存行为相结合，本研究为设计用于娇嫩生鲜产品的生物可降解活性包装系统提供了新思路。

材料：新鲜的草莓（Fragaria × ananassa）购自埃及Kafrelsheikh当地的市场，然后在清洁的冷藏条件下运送到实验室。根据常见的商业质量标准，挑选出完全成熟的草莓，这些标准包括颜色均匀呈红色、大小相近、无机械损伤、无明显真菌感染、腐烂或生理异常。在储存实验中，仅使用了成熟度和外观相似的草莓。

乳香树脂添加对PVA薄膜物理、机械及阻隔特性的影响：将乳香树脂引入聚乙烯醇（PVA）薄膜后，其物理和机械特性发生了系统性变化（见表2）。随着乳香树脂添加量的增加，薄膜厚度从对照组的54.2μm逐渐增加到PVA/MA3组 的57.6μm，这一变化是由于油/树脂相进入聚合物基质，以及在干燥过程中出现轻微膨胀或相分离所致。这种厚度增加的现象与复合PVA薄膜的研究结果一致，即添加填料或新相会导致薄膜厚度上升。

结论：乳香树脂的添加成功提升了生物可降解PVA薄膜的功能性能，增强了其作为冷藏草莓活性初级包装的效果。乳香树脂的加入提高了薄膜的柔韧性、表面疏水性、抗氧化活性和热稳定性，同时降低了水蒸气渗透率和对水的敏感性。不过，乳香树脂添加量过高也会降低薄膜的抗拉强度和光学透明度。

数据与材料说明：本研究中使用和/或分析的数据集可在论文中找到，也可应读者要求向相应作者索取。

伦理审批与参与同意：无需。

出版同意：无需。

资金支持：沙特阿拉伯利雅得沙特国王大学正在进行的科研资助计划-研究主席项目（ORF-RC-2026-4002）提供支持。

作者贡献声明：Reham M. Kamel：概念设计、数据整理、正式分析、研究实施、方法设计、项目管理、可视化处理、初稿撰写；Mona Hussein Hassan：数据整理、研究实施、方法设计、结果验证、审稿与编辑；Mohamed Abdelbaset Salama：概念设计、数据整理、正式分析、研究实施、方法设计、可视化处理、初稿撰写、审稿与编辑；Mohamed Abdin：正式分析、方法设计、结果验证。

利益冲突声明：作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究成果。

致谢：作者感谢沙特阿拉伯利雅得沙特国王大学正在进行的科研资助计划-研究主席项目（ORF-RC-2026-4002）的支持。

Reham M. Kamel|Mona Hussein Hassan|Mohamed Abdelbaset Salama|Mohamed Abdin|Hmmam Zarif|Mahmoud Younis埃及吉萨省多基市农业研究中心农业工程研究所，邮编12611