一种负载碳点和花青素的铁皮石斛多糖基活性薄膜的制备及其在虾保鲜中的应用

《International Journal of Biological Macromolecules》：Fabrication and application of a Dendrobium officinale polysaccharide-based active film incorporated with carbon dots and anthocyanins for shrimp preservation

　　## 摘要- 通过将铜掺杂至铁皮石斛多糖（DOP）提取残渣中，合成了铜掺杂碳点（Cu-CD）。- 制备了基于DOP并含有Cu-CD和阿蜜茶花色苷（AMA）的活性/智能薄膜。- 含Cu-CD/AMA的薄膜表现出优异的抗氧化活性。- DOPs/AMA/CD薄膜在虾保鲜试验中延缓了微生物生长。## 引言动物肉类作为重要的膳食蛋白质来源，因其丰富的营养价值和独特的风味而深受消费者青睐[1]。然而，在储存和运输过程中，新鲜肉类产品容易受到微生物增殖和内源酶作用的影响，导致腐败变质，造成严重的资源浪费和经济损失[2]。因此，采用适当的包装策略对于有效延长肉制品保质期至关重要。目前，大多数商业食品包装使用基于石油的塑料材料。然而，这些材料的不可降解性以及在使用过程中可能存在的微塑料迁移问题，对生态系统和人体健康构成了风险[3]、[4]。这激发了人们对创新可生物降解包装替代品的密集研究。在此背景下，源自天然多糖和其他生物聚合物的包装系统因其内在安全性和出色的食品保鲜性能而备受关注，展现出广阔的应用前景[5]、[6]。铁皮石斛（*Dendrobium officinale* Kimura et Migo）是一种兼具药用和营养价值的两用植物，其茎部含有丰富的铁皮石斛多糖（DOP），具有优异的成膜性、粘弹性和持水力[7]、[8]、[9]、[10]。其分子结构中的众多羟基基团为形成稳定的网络结构奠定了基础[11]、[12]。然而，纯DOP薄膜在功能多样性方面仍存在局限。近期的研究引入纳米材料和天然活性成分作为增强包装性能的创新策略。碳点（CDs）是一种零维碳纳米材料，具有出色的抗氧化活性和广谱抗菌性能[13]。研究表明，碳点在日常烹饪食品和热加工食品中普遍存在，长期无意摄入尚未与可观察到的健康风险相关联[14]。多项体外和体内安全评估研究已证实，在特定实验条件下，碳点在其常用剂量范围内表现出低毒性，表明其作为食品接触材料功能成分具有潜力[15]。当这些材料作为纳米填料加入时，可以显著增强薄膜的机械强度和抗菌性能[16]。例如，Ajahar Khan等人[17]将锌掺杂碳点引入海藻酸/花青素复合薄膜中，显著增强了其机械性能、抗氧化和抗菌活性以及紫外屏蔽能力。当应用于监测虾的新鲜度时，该薄膜不仅实现了储存质量的可视响应，还显著延长了虾的保质期。从铁皮石斛中提取多糖后的残渣主要由纤维素组成，并含有一定量的蛋白质和残留碳水化合物，是良好的碳源[18]。然而，该残渣通常被直接丢弃，造成资源浪费。在资源化利用理念的指导下，我们的研究团队成功利用DOP提取残渣制备了铜掺杂碳点（Cu-CD），实现了废弃生物质资源的可持续利用[19]、[20]。花青素是一类水溶性多酚类色素，不仅具有强大的抗氧化活性，而且在周围pH值变化时还会发生可逆的结构转变[21]、[22]。这些转变伴随着明显的颜色变化，赋予它们在智能指示包装中独特的优势[23]。本研究选择从阿蜜茶中提取的花青素（AMA）作为智能指示成分，为包装系统配备实时食品新鲜度监测能力。基于上述考量，我们以DOP为基质设计了多功能智能活性包装薄膜，同时负载AMA和Cu-CD。系统地表征了薄膜的物理化学性质、机械性能、微观结构和功能活性，并通过虾保鲜实验进一步评估了其在食品包装中的保鲜效果和实时指示能力。本研究为开发兼具保鲜功能与智能响应特性的可持续包装材料提供了新策略。此外，还为生物质材料在食品包装系统中的高效增值应用提供了理论基础和技术指导。## 章节摘要### 材料本研究使用的铁皮石斛购自中国浙江省云山胡企业商店。干阿蜜茶果实购自中国吉林省长春市。新鲜虾肉购自中国哈尔滨市当地超市。所有剩余化学品均为分析纯，直接应用，无需额外纯化步骤。### DOP和AMA的提取与表征铁皮石斛多糖（DOP）通过热水提取法分离得到。### DOP和AMA的表征分析如图1a所示，葡萄糖标准曲线方程为Y = 5.65371X + 0.05498（R2 = 0.9994），表明具有良好的线性关系。将样品的吸光度代入该方程，计算出DOP的总糖含量为88.26%。鉴于该多糖总糖含量较高，后续实验未进行进一步纯化。DOP对DPPH和ABTS自由基均表现出良好的清除活性，其清除率逐渐……### 结论本研究提取了铁皮石斛多糖（DOP）和阿蜜茶花青素（AMA），并进一步利用铁皮石斛提取残渣制备了铜掺杂碳点（Cu-CD）。基于这些功能成分，成功开发了一种以DOP为基质的pH响应型活性智能包装薄膜。表征结果表明AMA、Cu-CD与多糖之间具有良好的相容性和协同效应……### CRediT作者贡献声明**田佳慧：** 写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化，调查研究，正式分析，数据整理。**潘兆琪：** 写作——审阅与编辑，调查研究，正式分析。**吴思宇：** 资源，数据整理。**齐露露：** 验证，调查研究。**郭若妍：** 可视化，验证。**周旬：** 软件，正式分析。**范子鸾：** 项目管理，资金获取。### 基金资助本工作得到以下基金支持：中央高校基本科研业务费专项资金（2572019BA09）、黑龙江省自然科学基金（LH2020C035）、中国博士后科学基金（2016M600239）、东北林业大学研究生教育及教学改革基金（DGYYJ2024-31）。### 利益冲突声明作者声明不存在利益冲突。### 致谢作者感谢东北林业大学分析与测试中心提供的技术支持。