电纺聚乳酸/壳聚糖纳米纤维膜封装柑橘精油/β-环糊精金属有机框架用于果实保鲜

《Food Bioscience》：Electrospun polylactic acid/chitosan nanofibrous film encapsulating citrus essential oil/β-cyclodextrin metal-organic framework for fruit preservation

　　

•柑橘精油可实现农业副产品的增值利用，其完全可生物降解、无毒的系统符合绿色食品包装标准，可替代石油基材料。•创新性地，采用可食用β-环糊精金属有机框架作为载体，抑制精油的挥发损失和不良稳定性，克服了环糊精孔隙有限和传统金属有机框架有毒性的问题，同时提高了安全性和载药效率。•聚乳酸与壳聚糖的复合改善了膜的物理性能，增强了抗氧化性能，并进一步提升了抗菌活性。

**引言**

生活水平的提高和消费者需求的增长推动了水果产量的稳步扩大。水果富含水分和营养物质，采收后仍维持生理代谢活动，极易因机械损伤或储存不当而发生腐败。这不仅导致巨大的经济损失和资源浪费，还对宏观经济稳定和食品供应链韧性造成了持续压力。提高水果保鲜技术不仅可以减少采后损失，也对整个农业食品系统的资源效率以及可持续发展目标的实现至关重要（Akbar等，2026；Jin & Xu，2025b，2026；Xu & Zhang，2023a，2023b）。目前的保鲜技术包括传统冷藏保鲜、化学防腐剂方法、可食用涂膜和活性包装。活性包装通过与食品进行动态相互作用来实现延长保质期和保障食品安全的双重功能，在此过程中吸收、去除或主动释放某些物质（Cui等，2020；Sethunga等，2024）。然而，目前大多数活性包装材料基于传统石油基聚合物，极难降解，且容易造成环境污染，从而危害公众健康（Ramakrishnan等，2023；Wei等，2025）。

绿色复合包装材料的发展为资源回收提供了可行的技术路径，同时也促进了农产品质量与效率的提升，释放出可观的社会经济效益（Jin & Xu，2025a；Xu & Zhang，2024；Zhang & Xu，2021）。聚乳酸（PLA）因其良好的生物相容性、缓释特性、耐水性、耐紫外辐射性，以及完全可生物降解和可回收性，通常通过静电纺丝制备成薄膜，用于食品保鲜应用。静电纺丝是一项在食品领域不断发展和应用的技术（Hu等，2023；Sun等，2025）。该技术利用高压电场拉伸聚合物，快速形成具有较大比表面积和较高载药量的纳米纤维薄膜。然而，单一组分的纳米纤维薄膜存在脆性高、弹性不足和热稳定性差等问题，大大限制了其应用范围（Castro-Aguirre等，2016；Pens等，2024；Wei等，2025）。壳聚糖（CS）的引入可以在一定程度上改善薄膜性能，并赋予天然抗菌和抗氧化活性。在此基础上，引入天然精油及其控释载体是赋予包装膜长效保鲜功能的核心策略。

目前，精油控释载体主要包括脂质体、微胶囊和环糊精包合物。虽然脂质体具有良好的生物相容性，但容易发生氧化破裂，稳定性不足。微胶囊可以实现一定程度的缓释，但其释放曲线难以精细调控，且容易发生突释。环糊精包合物是精油包封应用最广泛的策略之一，可以通过主客体包合作用提高精油的稳定性和水溶性（Liu等，2026；Whyms等，2026；Yan等，2025）。然而，传统环糊精包合物对精油的包封效率有限，其释放行为受包合物解离平衡的制约，难以实现长效控释。近年来，环糊精基金属有机框架（CD-MOF）因其优异的生物安全性和多孔包封性能，已成为食品活性包装领域的研究热点。CD-MOF能够有效包封各种挥发性植物精油，提高活性成分的热稳定性，并实现长效缓释（Li等，2026；Listyaningrum等，2026；Song等，2025；Q. Zhang等，2026）。在三种常见的环糊精中，β-环糊精因其适中的空腔尺寸、低成本和高年产量，成为构建CD-MOF的理想选择。Nong等人将百里香酚负载于β-CD-MOF中，制备了抗菌包装膜，利用MOF的湿度响应释放特性，在草莓保鲜过程中实现控释，将草莓的货架期延长至七天（Nong等，2025）。Wang等人采用β-CD-MOF包封薰衣草精油（LEO），并证明与LEO和LEO/β-CD相比，其稳定性和细胞内抗氧化活性显著增强（Wang等，2021）。同样，β-CD-MOF也被证实可以改善胡椒碱等活性成分的稳定性和溶解度（Marak等，2025；Wang等，2021；Zhang等，2024）。上述研究表明，β-CD-MOF是植物精油基活性成分的理想载体，在食品保鲜领域具有独特价值。

柑橘精油（CEO）是从柑橘果皮中提取的天然活性物质，富含萜烯类化合物，兼具抗氧化和抗菌活性（Cebi & Erarslan，2023；Li等，2022）。然而，其强烈的挥发性和较差的热稳定性严重限制了实际应用。将CEO包封于β-CD-MOF中，利用其多孔结构实现CEO的稳定包封和控释，有望克服上述局限性。这一策略还可以实现柑橘果皮废弃物的增值利用，赋予包装材料天然抗菌功能，从而创造新的价值链。

近年来，尽管各种可生物降解活性包装系统相继被开发出来，包括淀粉基、蛋白质基、纤维素基薄膜和聚乳酸基薄膜（Akbar & Mustari，2024），在一定程度上缓解了传统石油基包装造成的环境负担，但上述系统仍普遍存在抗菌活性缺乏、挥发性活性成分释放不可控，以及单一组分纳米纤维薄膜在机械性能、物理性能和热稳定性方面的缺陷（Fang等，2026；Ouyang等，2024）。本研究制备了β-CD-MOF作为载体包封CEO。将CEO/β-CD-MOF复合填料与纺丝溶液混合，通过静电纺丝制备PLA/CS复合纳米纤维薄膜。系统研究了CEO/β-CD-MOF复合填料对薄膜形貌结构、理化性质、缓释行为和抗菌活性的具体影响。扫描电子显微镜（SEM）观察表明，β-CD-MOF呈现规则的矩形形貌，负载CEO后其结构框架基本保持稳定，但粒径有所增大。结合SEM结果、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）分析，发现CEO/β-CD-MOF复合填料成功被引入纳米纤维薄膜中，且纤维直径随CEO/β-CD-MOF复合填料浓度的增加而增大。薄膜的机械性能得到改善。负载20% CEO/β-CD-MOF的复合膜具有最高的弹性模量，其断裂伸长率是纯PLA/CS膜的3.25倍。此外，热稳定性和耐湿性也得到了提高。另外，薄膜中CEO的释放遵循Fickian扩散模式，可实现长效释放。体外抗菌试验表明，薄膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和灰葡萄孢菌表现出显著的剂量依赖性抑制作用。黑莓保鲜实验也表明，CEO/β-CD-MOF/PLA/CS复合膜可有效延长黑莓的货架期，表明其在实际水果保鲜场景中的应用效果，为天然精油基生物基活性包装食品保鲜材料的开发与应用提供了技术参考。

**部分片段**

**材料**

β-环糊精（β-CD，分子量=1134.98 Da）购自天津华胜化学试剂有限公司（中国天津）。氢氧化钾（KOH，分子量=56.10 Da）购自上海凌丰化学试剂有限公司（中国上海）。十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，分子量=364.45 Da，纯度=98%）购自上海毕得医药科技有限公司（中国上海）。甲醇（纯度=99.5%）、二氯甲烷（纯度=99.5%）、无水乙醇（分析纯）、聚乳酸

**复合填料与纤维的形貌**

SEM显微照片如图1所示。与Ying Wang等人的先前报告一致，所合成的β-CD-MOF呈现规则的长方体形貌，宽度约为400 nm（Wang等，2021）。负载CEO后，形貌结构基本未变，仍保持规则的立方结构，未出现晶体坍塌或破坏，表明β-CD-MOF的晶格框架结构在负载CEO后得到了较大程度的保留。同时，

**结论**

本研究通过甲醇蒸气扩散法成功合成了CEO/β-CD-MOF晶体。以PLA/CS为聚合物基体，通过静电纺丝制备了负载0%、10%、15%和20% CEO/β-CD-MOF的纳米纤维薄膜。系统研究了所得薄膜的形貌、理化性质、缓释行为以及体外和体内的抗菌活性。SEM观察表明，β-CD-MOF呈现立方结构，CEO负载后

**讨论**

尽管本研究制备的纳米纤维薄膜在果蔬包装方面显示出潜在的工业价值，但仍处于概念验证阶段，工业化转化仍面临诸多挑战。在成本和可扩展性方面，β-CD-MOF的引入增加了原料成本。然而，混合静电纺丝工艺与现有工业连续静电纺丝设备兼容，显示出规模化潜力，所开发的

**CRediT作者贡献声明**

Hui Yi：方法论。Changbin Gong：监督，资金获取。Yongbo Cheng：验证。Chen Yang：监督。Wenge Yang：写作—审阅与编辑，方法论。Shiyuan Wang：正式分析，数据整理。Ruya Zhang：写作—审阅与编辑，写作—原稿撰写，方法论，调查。

**未引用参考文献**

Wang等，2021；Wu等，2023；Zhang等，2026。

**利益冲突声明**

作者声明，不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

**声明**

作者确认，不存在可能对本手稿所报告的研究结果施加不当影响或引入偏差的财务或个人竞争性利益。本研究中未涉及任何相关的雇佣、咨询、股票持有、酬金、有偿专家证词、专利申请、研究资助、机构隶属关系或其他财务及非财务关系。

**利益冲突声明**

作者声明，不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

**致谢**

感谢国家自然科学基金（22378194）提供的资金支持。

Ruya Zhang | Shiyuan Wang | Yongbo Cheng | Chen Yang | Hui Yi | Wenge Yang | Changbin Gong