蓝莓被公认为世界五大健康食品之一，它的果实不仅富含花色苷、有机酸、酚类化合物、矿物质、维生素和膳食纤维等营养物质，并且拥有独特的口感和促进健康功能的活性成分，因此也被称为“超级水果”。然而，蓝莓果实含水量高、果皮较薄，采后极易受到机械损伤和微生物侵染，从而导致品质劣变和腐烂，造成经济损失，所以建立适合蓝莓果实采后保鲜策略至关重要。

近日，南京林业大学李维林教授团队在期刊《Food Hydrocolloids》上发表了最新研究成果“Anthocyanin-loaded polylactic acid/quaternized chitosan electrospun nanofiber as an intelligent and active packaging film in blueberry preservation”。研究者以聚乳酸（PLA）和季铵化壳聚糖（HACC）为混合基体，加入蓝莓花青素（ACN），通过静电纺丝技术制备ACN/PLA/HACC纳米纤维膜，采用多种现代分析手段表征了纳米纤维膜的形貌和结构以及分子间的相互作用，分析了其热稳定性、水汽阻隔性、显色反应、抗菌和抗氧化性能，评估了该纳米纤维膜作为一种智能活性包装在蓝莓储藏过程中的新鲜度监测和品质保持能力（图1）。

图1 ACN/PLA/HACC静电纺纳米纤维膜的制备及其特性表征

扫描电镜（SEM）观察图像显示（图2）：纯PLA制备的纳米纤维平均直径为447.28 ± 12.44 nm，与HACC溶液混合后制备的纳米纤维的直径降至343.66 ± 11.57 nm，这主要是因为HACC溶液的加入提高了共纺溶液的导电性（P < 0.05）。在PLA/HACC基质中加入2% ACN后，制备的纳米纤维的直径再次降至266.11 ± 7.51 nm。随着ACN浓度从2%增加到6%，纳米纤维直径从266.11 ± 7.51 nm增加到307.43 ± 9.79 nm。当ACN浓度增加到10%时，纳米纤维直径减小到252.05 ± 8.99 nm。这一现象与纺丝溶液的粘度和电导率密切相关。粘度的增加会降低静电排斥力引起的链伸展性，从而导致纳米纤维直径变大，而溶液电导率越高，纳米纤维的直径越小。

此外，虽然所有样品纳米纤维都显示出典型的交织网状结构，但当ACN浓度超过6%时，部分纳米纤维之间出现了团聚，产生了不光滑的表面结构。这表明，适当浓度的ACN能很好地分散在纳米纤维基质中，增强其与介质的相互作用能力，有利于制备均匀的纳米纤维，而过量添加ACN可能会在一定程度上破坏PLA和HACC聚合物链之间的交联。

图2 PLA (a)、PLA/HACC (b)、2% ACN/PLA/HACC (c)、6% ACN/PLA/HACC (d)、10% ACN/PLA/HACC (e)纳米纤维膜电镜观察结果

纳米纤维膜的傅立叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线衍射图谱（XRD）显示（图3a、b），添加ACN和HACC对薄膜基质的分子结构没有影响，但分子间相互作用强度发生了变化，这主要与ACN的浓度相关。一定浓度的ACN（2-6%）与PLA/HACC具有相容性，增强了薄膜内分子间的静电相互作用力。通过差式扫描量热法（DSC）和热重分析（TG/DTG）评估不同电纺纳米纤维膜的热稳定性，结果显示脱水温度（Tdeh）、熔融峰（Tm）和热熔焓变（ΔHm）呈现出先升高后降低的趋势，当ACN浓度达到6%时，薄膜的最大失重温度（Tmax）和最高温度残余质量（Wred）最大，表明添加适当浓度的ACN，可与PLA/HACC通过氢键相互作用提高纳米纤维膜的热稳定性（图3c、d、e）。

水蒸气透过性（WVP）是包装材料的重要参数之一，直接影响食品的质量。一般来说，减少水分的转移和交换可以保持包装中食品的质量。与PLA和PLA/HACC纳米纤维膜相比，添加不同浓度ACN的薄膜的WVP值均有所增加（图3f）。ACN的加入不仅提供了更多的O-H基团，使其更容易吸收水分子，还在聚合物基质中产生了空隙，为水分子的迁移提供了途径。考虑到蓝莓包装保鲜对水蒸气透过性的需求，ACN的最适添加量不应超过6%。

图3 PLA、PLA/HACC和2%-10% ACN/PLA/HACC纳米纤维膜的FT-IR（a）、XRD（b）、DSC（c）、TG（d）、DTG（e）和WVP（f）测定结果

不同电纺纳米纤维膜的抗氧化和抗菌活性测定结果如图4所示。PLA纳米纤维膜的DPPH和ABTS自由基清除活性分别为6.2%和12.2%，PLA/HACC纳米纤维膜的抗氧化活性分别提高了11.46%（DPPH）和19.09%（ABTS）。加入ACN后，ACN/PLA/HACC纳米纤维薄膜的DPPH或ABTS自由基清除活性显著增强，因为花青素中的酚类物质具有很强的抗氧化活性。抗菌实验表明，ACN/PLA/HACC纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有显著的抑制作用，这可以归因于薄膜中HACC和ACN的协同作用。值得注意的是，ACN/PLA/HACC纳米纤维膜对大肠杆菌的抗菌效率弱于对金黄色葡萄球菌的抗菌效率，可能与革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌在细胞壁结构、细胞生理和代谢方面的差异有关。

图4 不同电纺纳米纤维膜的抗氧化和抗菌活性测定结果

图5显示了蓝莓花青素和电纺纳米纤维膜在不同pH值（3-11）的缓冲溶液中的颜色反应结果。蓝莓花青素溶液在pH值为3-5时颜色从红色逐渐变为浅红色，当pH值升至8时颜色变为紫色，当pH值超过8时颜色逐渐变为黄色（图5a）。在不同电纺纳米纤维膜中，6% ACN/PLA/HACC纤维膜的颜色变化最为明显，在酸性溶液中呈红色，在中性条件下呈灰色，在碱性溶液中呈绿色（图5b）。这些结果表明，负载花青素的包装膜可作为一种潜在的pH指示标签来监测食品新鲜度。

图5 蓝莓花青素（a）和ACN/PLA/HACC纳米纤维膜（b）在不同pH溶液中的颜色变化

图6显示了经不同纳米纤维膜处理蓝莓的颜色变化以及果实在贮藏期间的外观变化。PLA和PLA/HACC纳米纤维膜在蓝莓贮藏期间没有发生明显的颜色变化。6% ACN/PLA/HACC纳米纤维薄膜从白色（0 d）变为棕色，黄色（2 d）变为粉紫色（4 d），深紫色（6 d）变为浅粉色（8 d）。造成这一现象的主要原因可能是蓝莓采后贮藏过程中产生的二氧化碳和一些有机酸的挥发降低了蓝莓表面的pH值，导致6% ACN/PLA/HACC薄膜中的花青素结构从醌型碱变成了甲醇假碱，进而发生了颜色变化。对照组和PLA组中的蓝莓在第二天就开始腐烂变质，随着贮藏时间的延长霉菌和细菌数量显著增加，到第八天时蓝莓表面已被霉菌严重侵染并渗出汁液。与对照组相比，使用PLA/HACC和6% ACN/PLA/HACC纳米纤维薄膜处理的蓝莓果实保持了良好的外观，说明这两种纳米纤维膜对蓝莓具有良好的保鲜作用。

图6 不同纳米纤维膜包装的蓝莓在25 ℃/70% RH条件下贮藏8天的外观变化

综上所述，本文采用静电纺丝技术制备了一种具有质量控制和颜色监测双重功能的新型ACN/PLA/HACC纳米纤维薄膜。该纳米纤维膜表现出良好的热稳定性、耐水性、pH颜色反应性、抗氧化性和抗菌性能。此外，ACN/PLA/HACC纳米纤维膜在指示和维持蓝莓果实新鲜度方面具有一定的效果。该研究为静电纺纳米纤维膜作为智能活性材料在水果包装中的应用提供了一种新策略。未来的研究还可以集中于阐明静电纺纳米纤维膜在水果储存过程中的调节机制以及毒理学评估，以扩大其作为可持续包装材料的潜在应用。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110586

人物简介：

第一作者

徐梦洋，男，南京林业大学轻工与食品学院博士研究生。主要研究方向为食品贮藏与包装保鲜。主持江苏省研究生科研与实践创新计划项目1项，以第一作者在Food Control、Food Hydrocolloids期刊发表论文2篇，申请国家发明专利1项。

通讯作者1：

方东路，男，南京林业大学林草学院、水土保持学院副研究员。江苏省优秀青年基金获得者，入选江苏高校“青蓝工程”和江苏省科协青年科技人才托举工程项目。主要研究方向为林产品贮藏保鲜与高值化利用。

通讯作者2：

李维林，男，南京林业大学林草学院、水土保持学院二级教授。国家重点研发计划项目首席科学家，江苏省现代农业（特色果树）产业技术体系首席及蓝莓黑莓岗位专家。主要研究方向为经济林果育种栽培、贮藏保鲜和加工利用。