《Future Foods》：Development of silver nanoparticle incorporated bacterial cellulose and pullulan films against foodborne pathogens
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对可持续和抗菌食品包装材料的需求不断增长，推动了可生物降解替代传统塑料包装的发展。在本研究中，研究人员将细菌纤维素（bacterial cellulose, BC）（一种以其高机械强度、保水能力和透明度而闻名的生物聚合物）与普鲁兰多糖（pullulan）（一种
对可持续和抗菌食品包装材料的需求不断增长，推动了可生物降解替代传统塑料包装的发展。在本研究中，研究人员将细菌纤维素（bacterial cellulose, BC）（一种以其高机械强度、保水能力和透明度而闻名的生物聚合物）与普鲁兰多糖（pullulan）（一种具有优异成膜性能的天然多糖）相结合，开发了掺入银纳米颗粒（silver nanoparticles, AgNPs）的活性可生物降解食品包装薄膜。研究人员通过 Komagataeibacter xylinus（ATCC 53524）在 Hestrin-Schramm 培养基中静态培养生产 BC，并纯化获得浆液。将含有 75% 和 85% BC（w/v）、5% 普鲁兰多糖（w/v）和 10% 甘油（w/v）的成膜溶液进行超声处理并干燥，得到复合薄膜。这些薄膜浸入 AgNP 溶液后，测试了其对大肠杆菌 O157:H7（E.coli O157:H7）、单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）、肠道沙门氏菌（Salmonella enterica）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抗菌活性。未经处理的薄膜未显示抑制作用，而载有 AgNP 的薄膜表现出显著的抗菌效果，尤其是 75% BC-Ag-普鲁兰多糖薄膜，其对大肠杆菌 O157:H7 的抑菌圈为 22.16 ± 0.10 mm，对单核细胞增生李斯特菌为 19.67 ± 0.15 mm，对金黄色葡萄球菌为 24.33 ± 0.21 mm。85% 配方对单核细胞增生李斯特菌和金黄色葡萄球菌的活性略有增强，但两者均未抑制沙门氏菌。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析通过更宽的 O–H 伸缩峰（~3276 cm-1）确认了普鲁兰多糖的成功掺入，而热分析揭示了多相降解，75% 和 85% 薄膜的最终重量损失分别为 81.58% 和 79.25%。总体而言，BC-普鲁兰多糖-AgNP 复合薄膜作为可生物降解的抗菌食品包装材料在食品应用中展现出巨大潜力。
**论文解读：银纳米颗粒掺杂细菌纤维素-普鲁兰多糖复合薄膜用于对抗食源性病原体的研究**
**研究背景与问题**
传统塑料包装在食品工业中广泛使用，但其不可生物降解性导致严重的环境污染问题。同时，食品供应链中的微生物污染（如加工、包装、运输阶段）不仅影响食品感官品质，还对公众健康构成威胁。因此，开发兼具可持续性和抗菌活性的可生物降解食品包装材料成为迫切需求。本研究旨在利用细菌纤维素（bacterial cellulose, BC）的高机械强度、保水能力和透明度，以及普鲁兰多糖（pullulan）的优异成膜性能，结合绿色合成的银纳米颗粒（silver nanoparticles, AgNPs）的广谱抗菌活性，制备活性可生物降解包装薄膜，以对抗常见食源性病原体。
**研究内容与结论**
研究人员通过 Komagataeibacter xylinus（ATCC 53524）静态培养生产 BC，纯化后获得浆液；利用普鲁兰多糖作为还原剂和稳定剂在 121°C 下高压灭菌合成 AgNPs。将不同比例的 BC 浆液（75% 和 85% w/v）与 5% 普鲁兰多糖、10% 甘油混合，通过溶液浇铸法制备复合薄膜，再浸入 AgNP 溶液。通过多种表征手段分析薄膜性能，并测试其对大肠杆菌 O157:H7、单核细胞增生李斯特菌、肠道沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性。结果表明，AgNP 掺杂的薄膜对除沙门氏菌外的三种病原体均表现出显著抑制效果，且 85% BC 配方对李斯特菌和金黄色葡萄球菌的活性略有增强。该研究成功开发了具有抗菌功能的可生物降解薄膜，为减少塑料包装依赖提供了新方案。该论文发表在《Future Foods》。
**主要技术方法**
研究人员采用以下关键方法：1）BC 生产：使用 Komagataeibacter xylinus（ATCC 53524）在 Hestrin-Schramm 培养基中静态培养，纯化后获得浆液；2）AgNPs 绿色合成：以 1% 普鲁兰多糖为还原剂和稳定剂，与 10 mM AgNO
3 混合后 121°C 高压灭菌 15 min；3）薄膜制备：通过溶液浇铸法，将含 75% 或 85% BC、5% 普鲁兰多糖、10% 甘油的成膜溶液超声处理并干燥，再浸入 1 mM AgNP 溶液；4）表征技术：紫外-可见光谱（UV-Vis）、透射电子显微镜（TEM）、Zeta 电位、热重分析（TGA/DTG）、力学测试、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X 射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）；5）抗菌测试：琼脂扩散法（抑菌圈）、微量肉汤稀释法（MIC/MBC），菌株来源包括 ATCC 和 V7 株。
**研究结果**
**3.1 银纳米颗粒的合成与表征**
通过 UV-Vis 光谱在 415 nm 处观察到特征吸收峰，证实 AgNPs 成功合成。TEM 分析显示颗粒呈近似球形，平均粒径 19.62 ± 14.18 nm，范围 2–89 nm。Zeta 电位为 -0.948 mV，表明颗粒表面略带负电荷，具有一定的胶体稳定性。
**3.2 物理化学、结构和机械性能**
**3.2.1 热学性能**
TGA/DTG 曲线显示，75% 和 85% BC-普鲁兰多糖薄膜均呈现多阶段降解，最终重量损失分别为 81.58% 和 79.25%。与纯 BC（T
max 353.65°C）相比，复合薄膜的降解温度降低至约 316–317°C，但总重量损失与纯 BC 相近，表明普鲁兰多糖的掺入未显著降低热稳定性。氢键相互作用是提高热稳定性的关键。
**3.2.2 力学性能**
85% BC-普鲁兰多糖薄膜的拉伸应变为 0.29 ± 0.11（29% 伸长率），而纯普鲁兰多糖薄膜为 2.12 ± 0.40（212% 伸长率），差异显著（p = 0.00171）。BC 的加入显著提高了杨氏模量（2.91 ± 0.52 MPa），使薄膜刚性增强，但柔韧性下降。纯 BC 薄膜杨氏模量最高（508.74 ± 130.80 MPa），但拉伸应变最低（0.08 ± 0.01），表明其脆性。
**3.2.3 FTIR 和 XRD 分析**
FTIR 显示，BC-普鲁兰多糖薄膜中 O–H 伸缩峰从 3283 cm
-1 移至 3294–3306 cm
-1，且 C–O–C 伸缩峰从 1662 cm
-1（BC）和 1647 cm
-1（普鲁兰多糖）移至 1654 cm
-1，证实了分子间氢键的形成。XRD 表明纯 BC 的结晶度指数（CrI）为 89.29%，而 85% 和 75% BC-普鲁兰多糖薄膜的 CrI 分别降至 47.92% 和 35.47%，表明普鲁兰多糖的掺入降低了结晶度。
**3.2.4 表面形貌**
SEM 图像显示，纯 BC 薄膜呈现三维纳米纤维网络，普鲁兰多糖薄膜则呈现致密均匀的表面。85% BC-普鲁兰多糖-AgNP 复合薄膜中，普鲁兰多糖填充了 BC 纤维间空隙，形成更致密、无裂纹的基质，表明两者具有良好的相容性。
**3.3 抗菌有效性**
**3.3.1 银纳米颗粒的抗菌效力**
琼脂孔扩散法显示，AgNPs 对大肠杆菌 O157:H7、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和李斯特菌均表现出剂量依赖性抑菌效果，其中大肠杆菌和沙门氏菌的抑菌圈随 AgNP 体积增加而显著增大（p < 0.05），而李斯特菌变化不显著。与文献相比，本研究中 AgNPs 的抑菌圈更大，可能与颗粒尺寸较小有关。
**3.3.2 银纳米颗粒掺杂 BC-普鲁兰多糖薄膜的抗菌活性**
Disc 扩散法表明，掺 AgNP 的 BC-普鲁兰多糖薄膜对大肠杆菌 O157:H7、李斯特菌和金黄色葡萄球菌均具有显著抑菌作用，其中 85% BC-AgNP-普鲁兰多糖薄膜的抑菌活性与阳性对照（AgNP 空白盘）相当。沙门氏菌对 AgNP 的敏感性最低，且普鲁兰多糖的加入进一步降低了抑菌圈。AgNPs 通过破坏细胞膜、产生 ROS 和释放 Ag
+ 等机制发挥抗菌作用。
**3.3.3 MIC/MBC**
微量肉汤稀释法测得 AgNPs 对测试病原体的最小抑菌浓度（MIC）为 1.56 μg/mL，最小杀菌浓度（MBC）为 3.12 μg/mL。与文献相比，本研究中 AgNPs 的 MIC 较低，可能归因于较小的颗粒尺寸和合成方法。
**讨论与结论**
讨论部分指出，AgNPs 的抗菌活性因细菌种类而异，革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）通常比革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）更敏感，但本研究中李斯特菌和金黄色葡萄球菌也表现出敏感性，表明抗菌作用取决于具体菌种。BC 基质作为 AgNPs 的载体，有助于控制释放并增强其与细菌的相互作用。研究结论部分翻译如下：本研究成功开发了可生物降解的抗菌细菌纤维素（BC）-普鲁兰多糖复合薄膜，其中掺入了绿色合成的银纳米颗粒（AgNPs），用于潜在的食品包装应用。所开发的薄膜具有良好的透明度、柔韧性和成膜性能，而 FTIR 和热分析证实了 BC 与普鲁兰多糖之间的分子相互作用以及复合基质热稳定性的提高。AgNPs 的掺入提供了针对大肠杆菌 O157:H7、单核细胞增生李斯特菌和金黄色葡萄球菌的强效广谱抗菌活性，其中 85% BC-AgNP-普鲁兰多糖配方表现出相对较高的抗菌效果。总体而言，BC-普鲁兰多糖-AgNP 复合薄膜作为可持续活性食品包装材料具有巨大潜力，可能有助于提高食品安全并减少对传统塑料包装的依赖。然而，本研究未评估阻隔性能和紫外线屏蔽能力等关键包装性能参数，且在实际工业应用前需进一步评估银纳米颗粒在食品系统中的迁移行为和长期安全性。
