用于缓释活性淀粉-明胶薄膜的OSA-β-环糊精/丁子香酚包合物：制备、表征及其在冷藏鸭肉保鲜中的应用

《Food and Bioproducts Processing》：OSA-β-Cyclodextrin/Eugenol Inclusion Complexes for Sustained-Release Active Starch-Gelatin Films: Preparation, Characterization, and Application in Chilled Duck Meat Preservation

　　

摘要

为解决传统包装中活性成分快速耗尽导致的冷藏肉变质问题，本研究制备了含有辛烯基琥珀酸酐修饰的β-环糊精/丁香酚复合包埋体的淀粉-明胶复合膜，作为缓释型活性包装材料。通过氢键和疏水相互作用形成了稳定的主客体复合物，这一结论得到了FT-IR、XRD、1H NMR以及分子对接技术的共同验证，同时通过分子对接模拟计算出了良好的结合能，从而明确了分子间的亲和力。当采用最优的1:1摩尔比时，包封效率可达63.40 ± 1.01%，且丁香酚的DPPH自由基清除率仍可保持在80.27 ± 0.15%。在4℃条件下，该材料表现出一级释放动力学特征，12天内仅有35.70 ± 1.69%的丁香酚被释放出来。当薄膜中添加1.0%的OSA-β-CD/EUG时，会形成紧密的网络结构，从而使薄膜的柔韧性得到提升（断裂伸长率为86.60 ± 1.13%），氧气渗透率降低，同时还具备出色的抗氧化和抗菌性能。在冷藏鸭胸肉的过程中，该薄膜有效延缓了脂肪和蛋白质的氧化，抑制了TVB-N和TBARS的积累，同时大幅降低了储存过程中的总活菌数。由于丁香酚的释放较为缓慢，这种复合膜成功将鸭肉的保质期延长了2天以上。

引言

随着人们对食品安全、产品保质期延长以及环境可持续性的关注日益增加，基于天然聚合物的可生物降解活性包装材料成为了研究热点（Liu等，2025）。传统的石油基塑料由于其不可降解性，会给环境带来严重污染，而可再生的生物聚合物则被视为更为环保的替代品（Madihalli等，2025）。淀粉-明胶复合膜可通过分子间氢键作用，有效克服纯淀粉膜机械性能差且易受潮的问题（Cheng等，2025），同时具有良好的成膜性能和应用潜力（Lin等，2024）。然而，大多数淀粉-明胶膜仅依靠物理阻隔作用实现被动保鲜，缺乏主动的抗氧化和抗菌功能，这限制了其在冷藏肉等易腐食品保鲜中的应用（Dutta & Sit，2024）。尤其是鸭胸肉，其中含有大量不饱和脂肪酸，在冷藏过程中极易发生脂肪氧化和微生物腐败，因此非常适合用来评估活性包装膜的保鲜效果（Acharya等，2025）。为了赋予可生物降解膜主动保鲜能力，将天然生物活性物质引入聚合物基质已成为研究的核心方向。

植物精油因其优异的生物活性和安全性，成为活性包装的理想功能性添加剂。作为丁香精油中的主要酚类成分，丁香酚具有广谱抗菌作用和较强的自由基清除能力，能够有效抑制肉类产品在冷藏过程中的微生物生长和脂肪氧化（Hosni等，2026，Wang等，2026）。众多研究表明，含有丁香酚的复合膜能够显著延缓食品品质下降，延长畜禽产品和水产品的保质期（Hong等，2024，Mohanty和Paul，2025）。不过，丁香酚本身存在挥发性高、水溶性差、释放过快以及气味浓烈等缺陷，这些因素严重限制了它的应用（Freitas等，2023）。直接将丁香酚加入成膜溶液中，容易导致其生物活性成分快速流失，使得膜基质结构不稳定，且无法实现长期有效的保鲜效果（Huang等，2024）。因此，控制丁香酚的缓释速度并解决其突然大量释放的问题，是提升基于丁香酚的活性包装膜稳定性和长期保鲜性能的关键。

环糊精因其独特的疏水内腔和亲水外表面，已成为包裹疏水性生物活性化合物的优质载体（Moumou等，2025）。通过主客体包埋作用，环糊精能够提高丁香酚的溶解度和稳定性，同时调控其释放行为（Wu等，2025）。然而，天然的β-环糊精存在单体腔结构、分子结合力弱以及包封能力低等缺陷，无法完全避免丁香酚的突然释放，也无法实现长期稳定的保鲜效果（Guan等，2024）。辛烯基琥珀酸酐修饰的β-环糊精则可以弥补天然β-环糊精的这些缺陷（Zhao等，2022）。我们之前的研究通过辛烯基琥珀酸酐修饰来改善β-环糊精的表面性质，这种处理方式使材料具备了两亲性，提升了其水溶性和分子间结合能力，进而提高了其对疏水性生物活性物质的包封性能。该改性材料保留了β-环糊精的基本腔结构，用于实现主客体包埋，而接枝的疏水烷基链和亲水羧基则为精油分子提供了额外的相互作用位点（Chen等，2025）。这些分子间相互作用增强了主客体之间的结合力，减缓了活性成分的快速扩散，从而有效避免了突然释放现象，实现了精油的稳定、长期释放（Wang等，2026）。此外，这种修饰还提升了β-环糊精的水溶性和与其它物质的界面相容性，使得包埋复合物能够在淀粉-明胶膜中均匀分散。这种稳定的分散状态进一步调控了活性物质的释放，使复合膜具备了可靠的长期保鲜能力（Gao等，2025）。尽管OSA-β-CD对疏水性活性化合物具有出色的包封和缓释性能，但目前关于其作用机制的研究仍然不足。现有的研究大多集中在制备工艺和宏观性能表征方面，而OSA-β-CD与精油之间的微观分子间相互作用，以及包埋复合物如何通过调控膜的结构来实现淀粉-明胶膜的缓释动力学，这些问题目前尚不清楚（Gupta等，2025）。主客体包埋行为、膜结构演变与保鲜效果之间的内在关系也尚未明确，这些都限制了基于OSA-β-CD的缓释保鲜膜的性能优化和进一步应用。

因此，本研究首先制备了不同主客体摩尔比的OSA-β-CD/EUG包埋复合物，以提高丁香酚的稳定性和缓释性能。随后，将优化后的包埋复合物以不同添加量引入淀粉-明胶膜中，以此探究其对膜性能和生物活性的影响。最后，将这些活性膜用于冷藏鸭胸肉的保鲜实验，评估其实际保鲜效果，为开发具有可控释放功能的可生物降解活性包装材料提供依据。

章节节选

材料

鸭胸肉购自哈尔滨市松北区的RT-Mart超市。β-环糊精（β-CD；分子量=1135道尔顿，纯度=98%）由上海麦克林生化科技有限公司提供。2-辛烯基琥珀酸酐（OSA；分子量=210.27道尔顿，分析级）由广东方信生物技术有限公司提供。丁香酚（EUG；分子量=164.20道尔顿，纯度=99%）由山东科源生化有限公司提供。玉米淀粉（食品级）由天津丰川化工提供。

OSA-β-CD/EUG包埋复合物的包封效率、抗氧化及抗菌活性

包封效率反映了环糊精与丁香酚之间的负载能力以及二者之间的相互作用强度（Stancu等，2025）。如图1所示，OSA-β-CD/EUG复合物的包封效率起初随着摩尔比的增加而上升，在1:1比例组时达到峰值，为63.40 ± 1.01%，这一数值处于β-环糊精/丁香酚包埋体系通常的报告范围内（Stancu等，2025），而在更高比例时则开始下降。上述数据表明，疏水作用……

结论

本研究表明，当OSA-β-CD与丁香酚的摩尔比为1:1时，二者能够形成最稳定的主客体包埋复合物，该复合物具有较高的包封效率、良好的抗氧化性能以及理想的缓释效果。相溶度分析进一步证实了1:1的典型包埋化学计量比，而且该复合物在低温条件下表现出一级释放动力学特征。将OSA-β-CD/EUG包埋复合物引入淀粉-明胶基质后，显著……

未引用参考文献

(Guan等，2024；Wang等，2026；Wu等，2023)

CRediT作者贡献说明

刘玉晓：验证工作。蔡海涛：实验研究。郭星：验证工作、软件应用。王鹏：软件应用、方法设计。王月玲：实验研究。刘昌：项目监督。郝宇：初稿撰写、实验研究。姜欣：初稿撰写、软件应用、数据整理。刘淑平：初稿撰写、方法设计、实验研究、资金获取。

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冲突或个人关系。

致谢

作者感谢中国黑龙江省自然科学基金（PL2025C041）以及2025年度黑龙江省高校基础研究基金（2025-KYYWF-ZR0089）的支持。

利益冲突声明

本论文不存在利益冲突，所有作者均同意发表该论文。

刘淑平|姜欣|郭星|王鹏|刘玉晓|蔡海涛|刘昌|郝宇|王月玲

哈尔滨商业大学旅游烹饪学院，中国哈尔滨150028