《Food Chemistry: X》：Multifunctional composite films by incorporating carboxylated cellulose nanocrystals stabilized p-coumaric acid pickering emulsion for cherry tomato preservation
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随着消费者对营养和健康膳食关注度的不断提升，富含维生素、矿物质和膳食纤维的果蔬产品需求持续增长。然而，新鲜果蔬在运输和储存过程中会发生快速的生理变化和真菌感染，导致巨大的食物浪费和经济损失。传统食品包装缺乏对大气氧、水分和真菌孢子的阻隔能力，且其长期降解周期引
随着消费者对营养和健康膳食关注度的不断提升，富含维生素、矿物质和膳食纤维的果蔬产品需求持续增长。然而，新鲜果蔬在运输和储存过程中会发生快速的生理变化和真菌感染，导致巨大的食物浪费和经济损失。传统食品包装缺乏对大气氧、水分和真菌孢子的阻隔能力，且其长期降解周期引发环境污染担忧。相比之下，环保型生物活性薄膜通过引入活性组分提供阻隔性能、抗氧化和抗真菌活性，成为一种有前景的食品包装选择。天然多酚化合物能够影响果蔬的生理代谢，在抵御多种环境胁迫中发挥重要作用。p-香豆酸（p-CA）是羟基肉桂酸家族的酚酸，在苯丙烷代谢途径中合成，以游离态或酯化形式存在于果蔬中，其酚酸结构赋予其抗氧化、抗菌和抗炎特性，但对灰葡萄孢（Botrytis cinerea）等表现出广谱抗菌活性，最低抑菌浓度（MIC）较低。然而，p-CA溶解度低且对环境因素敏感，直接加入复合膜应用中存在局限性。近年来，纳米乳液作为保护活性物质的递送载体备受关注。与传统纳米乳液相比，Pickering乳液（PE）通过固体颗粒吸附于油水界面而表现出优异的稳定性和控释潜力。纤维素纳米晶（CNCs）因其高结晶度、小尺寸、大比表面积和两亲性而具有作为食品乳化剂的潜力，但其表面丰富的羟基导致的高亲水性限制了实际应用。通过硫酸铵氧化将CNC上C6位羟基氧化为羧基得到羧基化纤维素纳米晶（C-CNCs），其表面带大量负电荷，通过静电排斥实现更好分散。天然多糖是传统石油基材料的 promising 替代品，其中魔芋葡甘聚糖（KGM）因其良好的生物相容性、可再生性和安全性而被用于制备薄膜，但其单一薄膜力学性能和阻隔性能较低且易溶于水。甲基纤维素（MC）是疏水改性的纤维素，添加MC可改善单一多糖基质的力学、阻隔和疏水性能。本研究旨在通过掺入C-CNC稳定的p-CA PE，开发用于果蔬保鲜的KGM/MC基包装膜。研究人员对p-CA PE复合膜（PEF）的结构、阻隔性能、光学性能、抗氧化活性、释放动力学和生物安全性进行了研究，并将PEF涂膜应用于樱桃番茄保鲜，系统分析了其对果实生理指标及对灰葡萄孢（B. cinerea）抗性的影响。研究结果为含酚酸Pickering乳液的活性涂膜在果蔬保鲜领域的潜在应用提供了依据。
**研究背景与目的**
新鲜果蔬富含维生素、矿物质和膳食纤维，但采后运输储存中的快速生理变化和真菌感染造成严重食物浪费。传统食品包装阻隔性差且难降解，而含天然多酚的生物活性膜可提供阻隔、抗氧化和抗真菌功能，是替代传统包装的理想方案。对香豆酸（p-CA）具有广谱抗菌性和抗氧化性，但溶解性差、易受环境影响；Pickering乳液（PE）可实现活性物质的封装与控释，羧基化纤维素纳米晶（C-CNCs）作为稳定剂可提升乳液稳定性。魔芋葡聚糖（KGM）和甲基纤维素（MC）虽可成膜，但单一KGM膜力学性能和水阻隔性不足。为此，研究人员将C-CNC稳定的p-CA PE掺入KGM/MC基质中制备多功能复合膜（PEF），系统评估其结构、理化性能、生物安全性和对樱桃番茄的保鲜效果。
**主要技术方法**
研究人员以乙酸乙酯为油相、p-CA粉末加至最大溶解度，以C-CNC为乳化剂超声制备p-CA PE，并测定粒径、Zeta电位和储存稳定性。随后将PE按5%–20%比例加入KGM/MC成膜基质，流延干燥得到PEF0、PEF5、PEF10、PEF15和PEF20膜。采用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）、X射线衍射（XRD）和热重分析（TGA）表征结构；测定力学性能、水蒸气透过率（WVP）、氧气透过率（OP）、水接触角、水分含量、水溶性、光学性能和抗氧化活性；并利用体外释放实验、溶血实验、MTT细胞毒性和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC–MS）评估生物安全。樱桃番茄采自长春当地果园，经PEF涂膜后分析颜色、失重、硬度、可溶性固形物（TSS）、可滴定酸（TA）、总酚总黄酮含量、抗氧化能力、多酚氧化酶（PPO）、过氧化氢酶（CAT）及苯丙烷代谢关键酶活性，并通过接种灰葡萄孢评价抗病性。
**研究结果**
*PE表征*：p-CA PE呈透明黄色液体，平均粒径199.93 nm，多分散指数（PDI）为0.26，Zeta电位为?24.05 mV，表明乳液分散均匀。PE在40–70°C加热未破乳，4°C和25°C储存8 d后粒径仍为纳米级，PDI均小于0.4，证明其良好的热稳定性和储存稳定性。
*复合膜结构表征*：SEM显示PE在膜内均匀分布，未明显改变膜表面结构；EDS证实C、O、Na元素均匀分布，指示PE在基质中分散良好。ATR-FTIR表明PE与KGM/MC间通过氢键和疏水作用物理交联，无新共价键形成。XRD显示PE未破坏膜的半结晶结构，且与基质发生分子间相互作用。TGA表明PE添加提高了膜的热稳定性，归因于氢键形成的致密网络结构。
*力学与阻隔性能*：PE的掺入显著提高了膜的拉伸强度（TS），PEF15达到8.73 MPa，较PEF0提高约52%；断裂伸长率（EAB）也显著增加。同时，高含量PE显著降低了膜的WVP和OP，水接触角从56.58°升至82.62°，膜由亲水性转变为疏水性，水分含量和水中溶解度均降低，表明PE增强了膜的阻水阻氧能力。
*光学性能与抗氧化活性*：含PE膜在335–370 nm具有良好紫外屏蔽效果，同时在可见光区保持较高透明度。PE的加入显著增强了膜的DPPH和ABTS自由基清除能力，PEF20的DPPH清除率从32.08%升至63.42%，ABTS清除率从2.50%升至74.69%。在模拟食品体系中，p-CA呈持续释放特性，在含水体系中快速释放后趋于平衡，在高浓度乙醇体系中缓慢释放。
*生物安全性*：PEF20在1.00 mg/mL浓度下溶血率仅为0.3%，低于5%的安全限值；细胞存活率高于93.2%，未检出乙酸乙酯残留，证明复合膜具有良好生物安全性。
*樱桃番茄保鲜效果*：PEF15和PEF20涂膜显著延缓了果实颜色转变，降低了失重率，保持了果实硬度，推迟了TA下降，并提高了果实的总酚和总黄酮含量。涂膜处理还增强了果实的DPPH和ABTS自由基清除能力，抑制了PPO活性，提升了CAT活性。更重要的是，PEF涂膜显著激活了苯丙烷代谢关键酶——苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸4-羟化酶（C4H）和4-香豆酸辅酶A连接酶（4CL）的活性，8 d时PEF20组的酶活性分别达到3.53 U/g FW、3.36 U/g FW和3.58 U/g FW。抗病实验显示，PEF15和PEF20处理完全抑制了灰葡萄孢在果实上的孢子生长和菌丝扩展，病变直径显著小于对照组。相关性分析和主成分分析（PCA）表明，苯丙烷代谢关键酶活性与酚类物质积累高度正相关，PEF15和PEF20处理与高酚含量、高酶活性和强抗病性等品质变量紧密关联。
**结论与意义**
研究人员成功制备了C-CNC稳定的p-CA PE增强KGM/MC生物活性膜，PE通过氢键与膜基质良好相容，显著改善了膜的力学性能、疏水性、阻隔性、紫外屏蔽能力和抗氧化活性。PEF涂膜应用于樱桃番茄保鲜后，有效延缓了果实成熟衰老，促进了酚类物质积累，激活了苯丙烷代谢途径，增强了果实抗氧化能力和对灰葡萄孢的抵抗能力，从而维持了果实品质。该研究为含酚酸Pickering乳液的活性涂膜在果蔬供应链保鲜中的实际应用提供了科学依据和技术支持，同时指出未来需探索绿色溶剂替代乙酸乙酯，并深入研究复合膜调控采后果实衰老的分子机制。
