《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：High UV-shielding multifunctional nanocomposite films based on polyvinyl alcohol/gelatin incorporated with carbon dots and citral-Pickering emulsion for cherry tomato preservation
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摘要光氧化和微生物污染是导致新鲜水果采后质量下降的两大因素，而活性包装为延长其保质期提供了一种有效策略。本研究以聚乙烯醇/明胶为基材，加入经支化聚乙二胺接枝的碳点以及由β-环糊精稳定的香叶醛皮克林乳液，制备出了多功能且环保的纳米复合膜。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析表明，PV
摘要
光氧化和微生物污染是导致新鲜水果采后质量下降的两大因素，而活性包装为延长其保质期提供了一种有效策略。本研究以聚乙烯醇/明胶为基材，加入经支化聚乙二胺接枝的碳点以及由β-环糊精稳定的香叶醛皮克林乳液，制备出了多功能且环保的纳米复合膜。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析表明，PVA/GEL基材与这些功能性成分之间存在物理相互作用。引入香叶醛皮克林乳液和碳点后，显著提升了薄膜的紫外线屏蔽、抗菌和抗氧化性能。尤其是PG/E8/C0.8薄膜在200–400纳米的紫外线波段具有完全的屏蔽能力，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果分别达到18.05 ± 0.20毫米和55.54 ± 0.87毫米，同时还具有较高的DPPH自由基清除率（84.49 ± 3.47%）。在樱桃番茄保鲜实验中，与对照组相比，该薄膜能有效延缓品质下降，16天储存后仍能保持良好的外观，重量损失仅为4.24%，且总可溶性固体和滴定酸度保留更好。总体而言，本研究为开发用于食品采后保鲜的多功能活性包装材料提供了可行方案。
引言
水果作为一种深受消费者喜爱的食品，因其美观的外观、芳香的气味、美味的口感以及出色的营养价值和感官体验而广受欢迎。在消费者对健康和便捷性需求的推动下，全球水果产业持续发展。据行业报告，2021年全球水果市场价值约为3100亿美元，预计到2028年这一数字将上升至5300亿美元（Zhao等人，2024）。然而，由于微生物污染、温度胁迫和光氧化等多种环境和生物因素，新鲜水果在采后储存过程中极易出现风味丧失、异味产生甚至快速腐烂的情况，从而造成巨大的经济损失（Alizadeh Sani等人，2024；Sun等人，2022）。因此，保持水果的新鲜度、延长其保质期并提升储存稳定性仍是亟需解决的研究课题。目前，通过超声波处理、冷等离子体、真空耦合改性气氛包装以及活性包装等多种方法来延长水果的保质期（Ma等人，2017）。其中，活性包装是一种最为简单高效的策略，它通过添加功能性活性物质来调控包装内的环境，从而确保食品的质量与安全（Riahi等人，2024；Sheeparamatti等人，2026）。
利用天然生物聚合物制备可生物降解的活性包装材料具有诸多优势，如易获取、环保以及功能多样（Fu等人，2025；Hunashyal, Masti, Eelager等人，2025）。聚乙烯醇是一种优质的成膜基质，具有良好的生物相容性和生物降解性。但纯聚乙烯醇薄膜的热稳定性较差且吸水率较高，这限制了它的实际应用（Zhai等人，2025）。明胶则是一种天然的多肽生物聚合物，具有易于获取、成本低、无毒以及优异的成膜性能，因此成为可生物降解薄膜的首选材料（Scopel等人，2018）。将聚乙烯醇与明胶混合可得到性能均衡的复合薄膜，兼具良好的降解性和延展性。不过，纯聚乙烯醇/明胶复合薄膜的抗菌和抗氧化性能尚不足以满足长期食品保鲜的需求（Zhai等人，2025）。因此，引入新型、安全且功能多样的活性物质十分必要。
为了赋予薄膜更多高级功能，研究人员选择了碳点作为一种极具潜力的活性填料。碳点具有多种优良特性，包括低毒性、良好的水溶性、结构可调控性、出色的生物相容性、固有的抗菌和抗氧化能力以及易于合成（Hunashyal, Masti, Kurabetta等人，2025）。最近的研究表明，碳点对紫外线和蓝光都具有出色的屏蔽作用（Tripathi等人，2024），因此非常适合用于抑制包装食品中的光氧化现象。此外，聚乙二胺基团还能使接枝了聚乙二胺的碳点具备较高的荧光量子产率、优异的水分散性以及对外部刺激的敏感响应性（Mou等人，2019）。
与此同时，香叶醛这类精油也因其强大的且安全的抗菌性能而被广泛认可。研究表明，香叶醛能够有效抑制新鲜柑橘类水果和草莓中的微生物生长，从而保持其感官品质并延长保质期（Li等人，2024；Yin等人，2024）。但由于香叶醛挥发性强且化学性质不稳定，难以直接应用（Maswal & Dar，2014）。为了解决这一问题，人们采用了皮克林乳液技术来增强香叶醛的保留能力并实现其可控释放。皮克林乳液利用固体或胶体颗粒而非传统表面活性剂来稳定油水界面（Cheng等人，2024；Wang等人，2023）。这种体系不仅能保护精油分子免受环境破坏，还能使其在保鲜过程中持续释放（Ding, Long等人，2024）。特别是β-环糊精，凭借其独特的疏水内腔和亲水外层，能够与精油形成高度稳定的包合物。例如，Zhai等人就成功制备出了由β-环糊精颗粒稳定的芳樟醇和香叶醛的超稳定皮克林乳液（Zhai等人，2022）。
为了同时具备优异的紫外线屏蔽能力和强大的抗菌性能，本研究巧妙地将这两种功能性物质结合在一起。通过在水热条件下使用柠檬酸和聚乙二胺，在相对温和的条件下（180℃下反应12小时）制备出了接枝有聚乙二胺的碳点，而由β-环糊精稳定的香叶醛皮克林乳液则是通过超声处理制得的。随后，将这些活性成分引入PVA/GEL基材中，通过溶液浇铸法制备出了新型多功能活性包装薄膜。研究通过检测这些薄膜的微观结构、物理化学性质、机械性能、阻隔性能以及紫外线屏蔽、抗氧化和抗菌等功能性能，分析了香叶醛皮克林乳液和不同浓度的碳点对薄膜的影响。最后，通过将这类多功能纳米复合膜应用于樱桃番茄的保鲜，评估了它们的实际效果。整个实验设计如图1所示。
内容片段
材料与试剂
聚乙烯醇（PVA，分子量约67,000）、香叶醛（CIT，纯度97%，包含顺式和反式异构体）、β-环糊精（β-CD，生物技术级，纯度98%）以及聚乙二胺（PEI，纯度99%，分子量约10,000）均购自中国上海的Macklin Biochemical Technology Co., Ltd.。明胶（GEL，凝胶强度≥250克）和无水柠檬酸（纯度99.5%）则来自同公司的另一产品线。甘油由中国的成都凯龙化工有限公司提供。新鲜樱桃番茄则从相关供应商处采购。
透射电子显微镜观察
首先制备了碳点的水分散液，然后将其滴在涂有碳层的铜网格上并风干。随后使用日本JEOL公司的JEM-2100F透射电子显微镜在200千伏电压下拍摄电子镜像，再通过ImageJ软件分析碳点的尺寸。
X射线衍射分析
碳点的X射线衍射图谱是在德国布鲁克的D8 ADVANCE X射线衍射仪上获得的，测试条件为40千伏电压和40毫安电流。扫描范围为10°至70°，扫描速度为每分钟5°。
衰减全反射-傅里叶变换红外光谱分析
对纳米复合薄膜的衰减全反射-傅里叶变换红外光谱分析是使用以下设备进行的
衰减全反射-傅里叶变换红外光谱与X射线衍射分析
采用傅里叶变换红外光谱来研究纳米复合薄膜中的分子间相互作用（见图1a）。在PG薄膜中，大约3286厘米负一次方的强宽吸收带可归因于O-H伸缩振动与N-H伸缩振动的叠加效应（Ran等人，2024）。而2917厘米负一次方的伸缩振动、1714厘米负一次方的C=O伸缩振动、1416厘米负一次方的混合振动以及922厘米负一次方的摇摆振动则主要是由PVA/GEL基材所导致的
结论
本研究通过将支化聚乙二胺接枝的碳点以及由β-环糊精稳定的香叶醛皮克林乳液引入PVA/GEL基材中，成功制备出了具有优异紫外线屏蔽、抗菌和抗氧化性能的纳米复合包装薄膜。与纯PG薄膜相比，引入碳点和香叶醛皮克林乳液后，这些纳米复合薄膜的紫外线屏蔽能力、水蒸气阻隔性能、热稳定性以及生物活性都得到了显著提升。尽管其机械性能
作者贡献说明
李涛：论文撰写——初稿撰写、实验研究、数据整理。郭朗：实验研究、数据整理。杨康：实验研究、数据整理。郭勇：项目监督、资源提供。王新辉：项目监督、资源提供。李静：论文撰写——审阅与编辑、方法设计、概念构思。
利益冲突声明
所有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关系或个人关系。
致谢
本研究得到了四川省科学技术计划项目（项目编号：2024NSFSC2067）、国家农业科技中心地方财政资金支持项目（项目编号：NASC2024KY08）以及成都市用于建设成都农业科技大学先进农工学院的省市级农业补贴专项资金的资助。
Tao Li|Lang Guo|Kang Yang|Yong Guo|Xinhui Wang|Jing Li
成都大学食品与生物工程学院，中国四川成都610106
