《International Journal of Biological Macromolecules》：Pomegranate peel-derived nanocellulose and polyphenol extract for active packaging: Combined effects with γ- and low-energy X-ray irradiation in ready-to-eat ham preservation
编辑推荐：
•PPG提取物表现出最高的酚类含量和抗菌活性。•PPG提取物对食源性病原体的MIC值为0.25–4 mg/mL。•CNCs和CNFs分别将氧气阻隔性能提高了61%和45%。•CNFs使拉伸强度提高了16.5%，并增强了抗菌效果。•X射线与CNF膜结合，完全抑制了火腿中的单核细
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PPG提取物表现出最高的酚类含量和抗菌活性。
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PPG提取物对食源性病原体的MIC值为0.25–4 mg/mL。
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CNCs和CNFs分别将氧气阻隔性能提高了61%和45%。
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CNFs使拉伸强度提高了16.5%，并增强了抗菌效果。
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X射线与CNF膜结合，完全抑制了火腿中的单核细胞增生李斯特菌。
引言
农产品加工行业产生大量的加工副产品，包括果皮、种子和果渣，以及大量液体废水。这些副产品现已被认为是生物材料和多种具有生物活性分子的重要来源，如抗氧化、抗菌和抗癌性质[1]。对农副产品进行增值利用，不仅可以减轻环境影响、减少填埋负担，还符合循环经济原则，通过促进资源效率、可持续性和食品系统创新[2]。
在众多最有前景的副产品中，石榴皮（PP）（Punica granatum）占比近果实总重量的50%，富含石榴多酚（水解单宁）、鞣花酸、类黄酮和非水解单宁等生物活性化合物[3]。这些植物化学物质表现出强效的抗氧化、抗菌和抗炎特性，使石榴皮成为功能性食品、营养保健品以及活性包装开发的理想候选材料[4]、[5]。除了丰富的植物化学物质外，石榴皮还含有大量的生物聚合物，特别是纤维素和果胶，这些物质可以被提取并用于先进生物材料的开发[6]。
最近的研究表明，通过化学和机械处理，可以从石榴皮中成功分离出纤维素纳米晶体（CNCs）和纤维素纳米纤维（CNFs）[6]。这些有机纳米材料具有卓越的物理化学性质，包括高结晶度和高比表面积，有助于改善纳米聚合物的物理化学性质，并确保固定在这些材料中的活性化合物的可控释放[6]。CNCs和CNFs可生物降解、无毒且可再生，是可持续食品包装解决方案的理想候选材料[7]、[8]。当掺入壳聚糖、藻酸盐、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）或聚乳酸（PLA）等生物聚合物基质中时，CNCs和CNFs可显著增强气体阻隔性能、机械性能和耐潮性，从而延长货架期并提高食品安全性[9]、[10]、[11]。以CNCs或CNFs形式掺入纳米纤维素，可显著改善生物聚合物薄膜的功能性能。由于其形态和广泛的氢键能力，纳米纤维素颗粒促进聚合物链的紧密堆积，并形成曲折的扩散路径，从而降低气体和水分的渗透性。同时，CNCs的刚性和高结晶度赋予聚合物基质显著的增强作用，提高拉伸强度、模量和尺寸稳定性[9]，而CNFs通过其纤维网络结构额外贡献韧性和柔韧性[12]。除这些固有的增强效果外，纳米纤维素基包装系统的功能性还可通过后处理技术进一步增强。特别是，γ射线、X射线和电子束等辐照技术已被广泛用于改性聚合物结构、提高稳定性并放大基于CNCs或CNFs包装的生物活性功能[13]、[14]。这些离子辐射形式广泛用于食品加工中，以对包装材料进行灭菌、消除微生物污染物并实现有效消毒[15]。此外，在适当条件下进行的辐照可促进薄膜基质中聚合物的可控交联，增强其结构完整性和功能性能[14]。此外，辐照还可用于将抗菌化合物接枝到聚合物上，创造具有持久抗菌特性的生物活性表面[16]。据报道，γ辐照还可改善经CNCs或CNFs增强的薄膜的附着力、抗菌活性和氧气阻隔性能[13]。当应用于食品基质时，辐照不仅确保微生物安全，还通过减少总菌落数延长货架期，并在不影响感官特性的情况下保持食品的营养品质[13]、[17]。
最近，低能X射线的使用已成为食品表面去污的一种有前景的方法。这种新系统的优势在于可以安装在工业食品加工流程的末端；然而，关于其效率的研究很少[17]。将天然抗菌化合物整合到纳米生物聚合物基质中，并对包装食品进行辐照，代表了一种减少食品浪费和塑料浪费的可持续策略[13]、[14]，对于高度易腐食品可能尤为相关。肉类产品在加工、储存和分销过程中易受微生物污染，这可能损害其安全性和货架期。即食（RTE）肉制品尤其令人担忧，因为它们不经进一步热处理即可食用，任何幸存的病原体都可能对消费者构成直接风险[18]。选择即食火腿作为食品模型，因为它支持单核细胞增生李斯特菌的存活和生长，这是一种能够在冷藏条件下持续存在的病原体，在即食食品中尤为令人担忧[18]。其高水分含量、冷藏储存和直接食用特性使即食火腿成为评估活性薄膜（单独使用或与辐照结合）在改善微生物安全性和储存稳定性方面有效性的适当且具有挑战性的基质。
尽管此前已将石榴皮提取物整合到活性包装系统中，且辐照已被广泛研究作为一种食品保鲜技术，但它们在单一纳米纤维素基活性包装策略中的联合使用仍未得到充分探索。在本研究中，石榴皮被用作生物活性多酚和纳米纤维素的来源，从而实现多功能活性薄膜的开发。本工作的新颖性在于：对同一石榴皮生物质进行双重增值利用、对CNCs和CNFs作为增强和释放调节剂进行比较评估，以及在真实即食火腿体系中评估其与γ射线和低能X射线辐照的联合作用效果。这种方法提供了一种多屏障保鲜策略，将废物增值利用、活性包装功能和辐照辅助微生物控制联系起来[19]。
本研究的主要目标是通过提取多酚和纳米纤维素（CNCs和CNFs），将石榴皮增值利用为生物活性化合物和生物聚合物的来源，用于开发基于聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、淀粉和柠檬酸三丁酯（TBC）的可生物降解食品包装薄膜。次要目标是：比较CNCs和CNFs的增强效果，评估所开发薄膜在即食火腿中的保鲜性能，并研究其在与低能X射线和γ射线辐照结合时的联合抗菌效果。
章节摘要
材料
聚丁二酸丁二醇酯（PBS）颗粒和淀粉被用作主要的成膜聚合物。2,2-二苯基-1-苦基肼基自由基（DPPH）（纯度≥90%）、Trolox（6-羟基-2,5,7,8-四甲基色满-2-羧酸）（纯度≥97%）和柠檬酸三丁酯（纯度≥97%）作为增塑剂，均购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。本研究中使用的所有化学品和试剂均为分析纯级。实验工作是在突尼斯、加拿大等多个实验室进行的。
石榴皮提取物的酚类组成
通过TPC、TFC和TCT的定量分析评估了三种石榴皮提取物（PPG、PPBK和PPGD）的酚类组成（表1）。结果显示不同品种之间存在显著差异。PPG品种提取物表现出最高的TPC（197.538 ± 4.104 mg/g）、TFC（107.942 ± 1.628 mg/g）和TCT（56.691 ± 2.659 mg/g）（p ≤ 0.05）。这些发现与此前的研究一致，表明石榴皮是酚类化合物的丰富来源，其浓度因品种而异。
结论
使用生物活性包装，特别是基于石榴皮的活性薄膜，结合低剂量离子辐照（1.5 kGy），被证明是一种有效的多屏障策略，用于改善即食火腿的微生物安全性和保鲜质量。在脂质氧化、微生物控制、色泽保持和重量保持等多个分析维度上，所开发的活性薄膜均表现出显著的抗菌和抗氧化性能。当与辐照结合使用时，
CRediT作者贡献声明
S. Baraketi：原稿撰写、可视化、方法学、调查、形式化分析、数据整理。M.R. Sharaby：审稿与编辑、方法学、调查。S. Mari?o-Cortegoso：审稿与编辑、方法学、调查。L. Barbosa-Pereira：审稿与编辑、方法学、调查。S. Salmeri：方法学、调查。K. Khwaldia：审稿与编辑、验证、监督、资源、项目管理、资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
作者感谢以下机构的财务支持：i) 魁北克省政府国际关系部；ii) 加拿大自然科学和工程研究委员会发现计划 RGPIN-2024-03746；iii) 国际原子能机构RDC计划（EVT2304358）；iv) VallCET项目——通过循环经济框架内应用于食品副产品的新兴技术，提升食品品质并增强竞争力（第2部分PRIMA项目），在突尼斯由
S. Baraketi|M.R. Sharaby|S. Mari?o-Cortegoso|L. Barbosa-Pereira|S. Salmeri|K. Khwaldia|M. Lacroix
