橄榄叶提取物增强热塑性淀粉基活性食品包装膜的开发及其在鲜切梨保鲜中的应用研究

《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Functional biopolymeric materials for active food packaging: the case of monolayer films of thermoplastic starch and olive leaf extract

本研究成功通过溶剂浇铸法制备了含橄榄叶提取物（OLE）的热塑性淀粉（TPS）基活性薄膜。结果表明，OLE的加入（5 wt.%和10 wt.%）显著提升了薄膜的机械性能、热稳定性及紫外线（UV）阻隔能力，并赋予其优异的抗氧化活性（DPPH自由基清除率>91%）和剂量时间依赖性抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）能力。在鲜切梨保鲜应用中，TPS/OLE薄膜（尤其是10% OLE）有效延缓了果实的褐变（Browning Index, BI）、减少质量损失并稳定pH值，展现出作为活性食品包装材料的巨大潜力，旨在保障食品安全、维持品质并延长货架期。

　　

橄榄叶提取物增强热塑性淀粉基活性食品包装膜的开发及其在鲜切梨保鲜中的应用研究

材料制备与表征

研究通过溶剂浇铸法成功制备了以热塑性淀粉（TPS）为基质、甘油为增塑剂、并负载不同浓度（5 wt.%和10 wt.%）橄榄叶提取物（OLE）的活性薄膜。所得薄膜（标记为TPS、TPS_OLE5和TPS_OLE10）视觉上均匀、半透明，并呈现OLE特有的浅绿色调，厚度在69至76微米之间，无显著差异。结构分析（ATR-FTIR和XRD）表明OLE的加入未改变TPS的无定形结构，且各组分相容性良好，扫描电子显微镜（SEM）图像显示薄膜表面和截面光滑均匀，无裂纹。

热学与机械性能

热重分析（TGA）显示所有薄膜在惰性气氛下热稳定性良好，最大分解温度约312–315°C，足以耐受常见食品热处理过程（如巴氏杀菌）。力学性能测试表明，OLE的加入使薄膜刚性增强：与纯TPS薄膜（杨氏模量0.95 ± 0.11 GPa，拉伸强度13.5 ± 1.7 MPa，断裂伸长率6.8% ± 0.8%）相比，TPS_OLE5和TPS_OLE10的杨氏模量分别增至1.11 ± 0.10 GPa和1.17 ± 0.08 GPa，拉伸强度分别增至15.7 ± 0.7 MPa和15.8 ± 1.6 MPa，但同时断裂伸长率降至4.4% ± 0.4%和3.6% ± 0.4%。这表明薄膜虽变硬，但仍保持一定的柔韧性，足以应对包装过程中的机械应力。

光学性能与水分阻隔特性

颜色测量显示OLE的加入使薄膜绿度（–a）和黄度（+b）增加，亮度（L*）降低。紫外线-可见光（UV-Vis）光谱证实OLE赋予薄膜优异的UV阻隔能力，尤其在UVB区（280–315 nm）透光率极低（TPS_OLE10：0.0%–0.4%），起到预防光氧化的次级抗氧化作用。薄膜的水溶性（约29%）未受OLE影响，但OLE的加入降低了薄膜的吸湿性（75%相对湿度下168小时，TPS_OLE10吸湿43.1% ± 5.8%，低于TPS的51.6% ± 6.8%）。水蒸气透过率（WVTR）和水蒸气渗透性（WVP）略有增加但无显著差异，其值高于商业聚氯乙烯（PVC）保鲜膜，但仍适用于中湿度食品的包装。

体外生物活性评估

抗氧化测试（DPPH法）显示，TPS薄膜本身几乎无抗氧化活性（1.1% ± 0.3%），而TPS_OLE5和TPS_OLE10的DPPH自由基清除率分别高达91.4% ± 0.5%和92.6% ± 0.6%，表明其具有强大的初级抗氧化能力。抗菌实验针对食源性致病菌耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）进行。接触72小时后，TPS_OLE5和TPS_OLE10分别实现了1.6-log和2.6-log的菌落数减少，显示出浓度和时间依赖性的抗菌效果。其作用机制可能与OLE中主要酚类成分（如橄榄苦苷、羟基酪醇）干扰细菌氨基酸合成或关键酶活性有关。

在食品基质保鲜中的性能评估

将薄膜应用于鲜切梨的冷藏（+4°C）保鲜，评估其7天内的保鲜效果。与未包装（对照）或商用PVC膜包装的样品相比，TPS/OLE薄膜，尤其是TPS_OLE10，显著延缓了梨块的褐变。贮藏7天后，对照样品褐变指数（BI）升至37.6 ± 4.7，而TPS_OLE10包装的样品BI仅为21.9 ± 1.6，与初始值（18.9 ± 1.7）无显著差异，这归因于OLE的抗氧化成分可能抑制了多酚氧化酶（PPO）活性。同时，TPS_OLE10包装的梨块质量损失（10.3% ± 0.5%）远低于对照（22.6% ± 2.7%），并且能更好地维持梨块的pH稳定性（7天后pH为4.81 ± 0.02，对照为4.66 ± 0.06）。视觉观察也证实TPS_OLE10包装的梨块颜色保持最好。

结论

本研究开发的TPS/OLE基活性薄膜综合性能优异，兼具良好的力学强度、热稳定性、UV阻隔性、高抗氧化活性和一定的抗菌能力。在鲜切梨保鲜应用中，能有效抑制褐变、减少水分流失、稳定酸碱度，显著延长了产品的货架期。这些特性使其在活性食品包装领域，特别是针对易氧化变质的新鲜农产品包装方面，展现出巨大的应用潜力和市场前景。