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广西大学林宝凤教授团队 IJBM: 铜氨纤维的新应用 - 原位合成 HKUST-1构建壳聚糖季铵盐活性包装膜
2025-02-20  来源:高分子科技

  鲜切水果作为一种新鲜、易食和健康的产品受到消费者的喜爱。然而,鲜切水果加工过程中的机械操作会损坏水果组织,使其更容易褐变、软化和变质。当前,常使用抗坏血酸和亚硫酸盐等传统褐变剂保鲜,但抗坏血酸和亚硫酸盐的使用存在一定的安全问题。肉桂醛(CIN)具有出色的抗氧化能力、广泛的抗菌活性和较少的副作用被广泛应用于食品加工和保鲜中。然而,CIN 的不稳定性和挥发性使得其在食品包装领域受到了限制。普遍的解决方法是使用CIN 与天然聚合物进行复合得到薄膜或涂层。不过,在薄膜或涂层中直接添加 CIN 往往会影响食物的口感。因此,兼顾肉桂醛稳定性、食物口感和降低鲜切水果的安全风险,延长水果保质期具有重要的意义。


  近日,林宝凤教授团队成功制备了壳聚糖季铵盐/铜氨纤维@HKUST-1/肉桂醛 (CCAHC) 包装膜,以铜氨纤维(CA)为前驱体,通过原位生长法合成 HKUST-1(CAH)并对CIN进行封装,而后将其与壳聚糖季铵盐 (CQAS) 结合。实验结果表明:基于铜氨纤维制备的 HKUST-1,一方面与 CQAS 具有良好的相容性,提高了薄膜的机械性能。另一方面,其多孔结构还能包裹 CIN,显著提高 CIN 的稳定性(203 h)。此外,得益于 HKUST-1 中 CIN 和 Cu2+ 的持续释放,CCAHC 薄膜不仅具有持久的抗菌活性(12 day,95%),可有效延长草莓的保质期,而且还具有出色的抗氧化性(20 h,84%),可保持鲜切苹果的良好外观(>14 h)。同时,CCAHC 薄膜在溶液中具有很好的降解性,有望成为一种绿色包装材料。因此,这项工作为设计 CIN 封装和生物活性包装膜的制备提供了新的见解。


  该工作以“In situ synthesis of HKUST-1 on copper-ammonia fiber for preparation of quaternary-ammonium chitosan based active packaging with sustained-release cinnamaldehyde”为题发表于《International journal of biological macromolecules》。论文的通讯作者为广西大学化学化工学院林宝凤教授,第一作者为2022级硕士研究生石宇燕。该研究得到国家自然科学基金(22175045)和广西自然科学基金重点项目(2021GXNSFDA220005)的资助。


图 1. CAH 的 (a) FT-IR和 (b) XRD;复合薄膜的 (c) FT-IR和 (d) XRD;(e) CAH 和 (f) CCAHC 的SEM;CAH 中 (g1) C 1s、(h1) O 1s 和 (i1) Cu 2p 的高分辨率 XPS 光谱;CCAHC 中 (g2) C 1s、(h2) O 1s 和 (i2) Cu 2p 的高分辨率 XPS 光谱。


图 2. (a) CCAHC 薄膜中的 CIN 释放行为; (b-f) 负载 CIN 的 CCAHC薄膜的拟合回归线。


图 3. (a) PE、CQAS、CCAH 和 CCAHC 薄膜的 ABTS 和(b) DPPH 自由基清除活性; (c) CCAHC 薄膜随时间变化的 DPPH 自由基清除活性; (d) 复合薄膜在 200-800 nm的透射率; (e) CQAS、CCAH 和 CCAHC 薄膜的照片; (f) 复合薄膜的不透明度。


图 4.  (a) 复合薄膜 (Ⅰ: CQAS;Ⅱ: CCAH;Ⅲ: CCAHC) 对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈照片; (b) 复合薄膜的抑菌圈直径; (c) 与样品(Ⅰ: 对照组; Ⅱ: CCAHC) 接触后琼脂平板上的存活菌照片; (d) 金黄色葡萄球菌和 (e) 大肠杆菌接种不同样品后的生长曲线。


图 5.  (a) 复合薄膜对草莓的保鲜效果 (Ⅰ: CK; Ⅱ: PE; Ⅲ: CQAS; Ⅳ: CCAHC); (b) 重量损失; (c) pH 值; (d) 硬度; (e) TSS。


图 6.  (a) 储存期间不同复合膜处理的鲜切苹果照片; (b) Δa*和 (c) Δb*; (d) 褐变指数(BI)。


  原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813025008918

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