可食性涂层在采后水果保鲜中的应用：文献计量趋势、材料设计、生理机制与安全性展望

《International Journal of Food Properties》：Edible coatings application for postharvest fruits preservation: bibliometric trends, material design, physiological mechanisms, and safety perspectives

　　

新鲜水果在保障粮食与营养安全方面发挥着至关重要的作用，同时为全球贸易作出了显著贡献。然而，由于其极易腐烂的特性，水果在贮藏、运输和销售过程中容易遭受采后损失。可食性涂层（Edible coatings, ECs）和可食膜是延缓衰老和保持水果品质的有效采后保鲜技术。本综述全面更新了旨在减少新鲜水果采后损失的ECs和可食膜的最新进展。这些涂层由生物聚合物（包括多糖、蛋白质和脂质）以及食品级添加剂配制而成。本综述讨论了ECs如何通过调节水分损失、气体交换、呼吸作用、乙烯产生、氧化应激、微生物腐烂、冷害和硬度保持来调节水果的采后生理和品质劣变。此外，本综述还涉及ECs的关键方面，包括其来源与分类、材料设计、作用机制、应用技术、功能性能、生物活性物质掺入、控释行为、纳米增强递送系统以及安全性考虑。本综述将文献计量证据与涂层材料、生理机制、生物活性掺入、采后响应和安全性视角的批判性综合相结合。特别关注了尚未充分探索的领域，如黏液基涂层、乳酸菌/后生元系统、纳米增强复合涂层、果胶酯化度依赖性膜性质以及涂层安全性和监管挑战。未来研究应侧重于提高植物基生物聚合物复合材料的成本、可扩展性和性能。应用工业4.0等先进技术可以支持生产效率并促进可持续食品涂层材料的发展。

**Introduction**
新鲜水果对保障粮食与营养安全及全球贸易贡献巨大，但采后损失严重，平均达32%。采后损失主要由呼吸、水分流失、微生物腐烂、冷害、机械损伤和衰老引起。可食性涂层（ECs）和可食膜作为可生物降解的保鲜手段，通过形成半透性屏障减缓呼吸、减少水分损失和氧化反应，从而延长货架期。与合成包装相比，ECs具有可降解、低环境影响、安全无毒等优势，但消费者对残留、透明度及“非天然性”的担忧及法规限制影响其应用。历史可追溯至13世纪蜡涂覆柑橘。本综述整合文献计量分析与机制综合，涵盖涂层材料、生物活性递送、生理调控及安全性等方面，填补以往综述在涂层理化性质与果实生理响应关系、纳米涂层安全评估及生物活性释放机制分类等空白。

**Bibliometric analyses**
基于Web of Science核心合集，采用PRISMA流程筛选出3219篇文献进行文献计量分析。结果显示2020—2026年发文量显著增长；草莓（600篇，21.16%）、柑橘（13.65%）、苹果（10.23%）为主要研究对象。关键词分析表明领域围绕壳聚糖（CH）、抗氧化活性、货架期延长、精油、纳米颗粒等展开；战略主题图将食品包装和水果保鲜归类为马达主题，CH为基础主题，精油为 niche 主题，抗氧化研究为新兴/过渡主题。共现网络显示研究正从单一涂层应用向多功能系统（活性包装、复合基质、纳米组分）转变。

**Edible coating sources and applications**
**Polysaccharides**：多糖基ECs通过形成保护基质阻碍水分流失、微生物侵染和气体交换。性能取决于来源植物、藻类、微生物等。常见多糖包括淀粉、壳聚糖和藻酸盐，具有可降解性和成膜性，但机械强度和阻隔性需改善，常与蛋白质或脂质复合。
- **Alginate**：提取自褐藻，具有凝胶形成和自由基清除能力，但水蒸气阻隔性和抗真菌活性弱。与其他材料复合（如肉桂醛乳液、巴西棕榈蜡、乳酸菌）可显著提升保鲜效果，如延长草莓货架期、抑制灰霉病。
- **Starch**：来源广泛，无毒可降解，但亲水性导致高湿下性能受限。与聚乙烯醇、瓜尔胶等共混或阳离子改性可改善力学和抗菌性能。
- **Cellulose**：纤维素衍生物（如CMC、羟丙基甲基纤维素）具有成膜性好、可再生等优点，但水敏感性高。应用于苹果、印度醋栗等可降低腐烂并提高抗氧化活性。
- **Pectin**：果胶功能受酯化度（DE）影响，高甲氧基果胶在酸性高糖条件下凝胶，低甲氧基果胶可钙离子交联。单一果胶机械强度低，常与纤维素、壳聚糖、精油等共混。来源不同（可可壳、苹果渣、菠萝皮）导致性能差异显著。
- **Chitosan (CH)**：应用最广泛的多糖之一，具有强抗真菌和抗菌性能，形成半透膜屏障。其抗菌活性取决于分子量和脱乙酰度，低分子量CH抗氧化性更强。CH涂层可显著延长芒果、苹果、葡萄等货架期，并诱导防御酶活性。

**Proteins**：蛋白质基涂层具有良好的气体阻隔性和机械强度，但亲水性限制耐水性。可通过塑化剂或物化改性增强。来源包括动物（明胶、酪蛋白、乳清蛋白）和植物（大豆蛋白、玉米醇溶蛋白、小麦面筋蛋白）。
- **Wheat gluten**：成膜性和抗紫外能力好，但机械强度和水蒸气阻隔性不足。与多糖、纳米填料、精油等复合可改善性能，并获得抗菌活性。
- **Zein**：玉米贮藏蛋白，疏水性氨基酸丰富，形成防潮膜。具有乙烯吸附能力，可延长荔枝、草莓的货架期，但热稳定性低，需塑化。
- **Soy protein**：大豆分离蛋白（SPI）成膜性好，但水分阻隔性差。与茶多酚、精油等复合可增强抗菌和抗氧化能力。
- **Whey protein isolate (WPI)**：富含羟基和巯基，成膜透明无味，但脆性大、耐水性差。与细菌纤维素纳米晶须、木聚糖及转谷氨酰胺酶交联可显著提高强度和阻隔性。
- **Casein**：酪蛋白胶束结构赋予良好乳化性和成膜性，但膜脆。添加黑色素或与多糖共混可增强机械强度和抗紫外性能。

**Lipid-based edible coatings**：脂质涂层具有优异的水分阻隔性，但机械强度差，且过度限制气体交换可能导致厌氧呼吸和异味。常与多糖、蛋白质复合或添加精油。例如巴西棕榈蜡与精油组合可抑制病原菌并保持果实品质。

**Functionalization of edible coatings: bioactive compounds and Nano-enabled delivery systems**
生物活性化合物包括抗菌剂（精油、有机酸、细菌素）、抗氧化剂（酚类、抗坏血酸）、抗褐变剂、乙烯调节剂、益生菌及后生元等。释放机制分为扩散控制、溶胀控制、降解控制和分配控制，决定了活性物质的释放动力学。纳米增强系统包括纳米乳液、纳米脂质体、固体脂质纳米粒、纳米纤维素及纳米复合涂层，能改善疏水性活性物分散性、稳定性和控释性能，但需关注颗粒迁移、毒性和法规问题。

**Physiological mechanisms and quality responses for coated fruits**
- **Shriveling and weight loss**：ECs通过调节水分蒸腾和气体交换，维持细胞膨压，减轻皱缩和失重。添加亲水胶体和保湿剂可增强保水性，但过度阻隔可能导致厌氧代谢。
- **Ethylene production**：乙烯是果实成熟衰老的关键激素。ECs通过半透性屏障限制乙烯、O₂和CO₂扩散，降低呼吸速率，延缓成熟。脂质涂层阻隔性最强，但需防止厌氧条件。
- **Decay**：ECs形成物理屏障阻止病原菌入侵，并通过调节微环境抑制微生物生长。添加抗菌剂和抗氧化剂可协同增强防腐败效果，但需优化涂层渗透性以避免高湿低氧环境。
- **Chilling injury (CI)**：ECs通过热绝缘和保湿减轻冷害症状，添加多胺、抗氧化剂等可增强抗寒性，但需注意涂层过厚可能加剧气体交换障碍。
- **Antioxidant and phytochemical properties**：ECs通过维持适宜湿度和氧气水平，减缓酚类、类胡萝卜素等生物活性物质的降解，并诱导抗氧化酶（如超氧化物歧化酶、过氧化物酶）活性上升，从而增强果实抗氧化能力。

**Safety, regulatory considerations, commercialization challenges, and future directions**
实验室配方难以直接放大至工业包装线，涂层均匀性、干燥时间、设备兼容性等影响实际性能。安全性取决于食品级状态、剂量、迁移行为、致敏性等。蛋白质来源可能引发过敏，精油高浓度可导致异味或植物毒性。纳米涂层需评估纳米颗粒的迁移和毒性。未来研究应整合功效、安全、感官、迁移、经济和消费者接受度，并建立标准化报告协议，开展商品特异性优化。

**Conclusion**
ECs和可食膜是可持续、非化学的采后保鲜工具，但单一材料无法满足所有功能需求。最有前景的策略是开发复合系统，整合互补的阻隔、机械、抗菌、抗氧化和控释功能。文献计量显示研究热点集中于壳聚糖、精油、抗菌和抗氧化活性，但控释系统、纳米涂层、黏液基质、安全性评估和规模化等仍不成熟。未来需依赖材料创新、标准化测试、法规明确和商业化验证。整体上，ECs应被视为水果特异性功能系统，其成功取决于生理相容性、保鲜功效、安全性、经济可行性和市场接受度的平衡。