炭化温度对金银花碳点合成及抗菌性能的影响：在延长猪肉保质期中的应用

本研究利用金银花为原料，通过水热法制备不同碳化温度的碳点（HOCDs），发现180℃时HOCDs的抗菌活性最佳，且复合薄膜（PVA/PS）能显著提升力学性能并抑制水分蒸发，使猪肉货架期延长至8天，TVB-N和TVC分别降低（P<0.05），验证了HOCDs作为新型保鲜剂的有效性。

李蕾仪|苏哥|邓一恒|潘雪|侯家银|罗文豪|郑华|雷洪涛|葛向珍|郭宗林

广东省食品质量安全重点实验室，畜禽产品精密加工与安全国家地方联合工程研究中心，华南农业大学，广州510642，中国

摘要

为了延长冷藏猪肉的保质期，采用一步水热法合成了金银花（Lonicera japonica Thunb）衍生的碳点（HOCDs），并将其掺入由聚乙烯醇（PVA）和马铃薯淀粉（PS）组成的薄膜基质中。在温度低于180 ℃时，由于颗粒尺寸减小、分散性提高以及碳（CO）含量的增加，HOCDs对Pseudomonas和Brochothrix thermosphacta的抗菌活性得到增强，这导致与细菌的接触点增多，促进了活性氧（ROS）的生成，从而引发不可逆的细菌损伤。然而，随着温度的进一步升高，HOCDs表现出聚集现象，碳（CO）含量减少，抗菌活性也随之下降。将碳化温度为180 ℃的HOCDs（HOCDs-180）掺入薄膜基质中。含有HOCDs-180（≤2 wt%）的复合薄膜表现出显著提高的拉伸强度（TS）和断裂伸长率（EB）（P < 0.05），同时水蒸气透过率降低，这归因于HOCDs-180与薄膜基质之间的氢键相互作用。相反，过高的添加量会导致HOCDs-180聚集和膜均匀性的破坏。这些复合薄膜将猪肉的保质期延长至8天，并显著降低了总挥发性碱性氮（TVB-N）和总活菌数（TVC）（P < 0.05）。这些结果表明，金银花碳点作为冷藏猪肉的新型保鲜剂具有潜力。

引言

肉类由于其富含人体所需的重要营养素（如蛋白质、维生素和矿物质），已成为全球现代饮食的主要组成部分。特别是冷藏猪肉，因其高营养价值和优良口感而成为最主要的肉类产品形式（Sun等人，2024年）。然而，冷藏猪肉具有较高的水分活度和丰富的营养成分，使其容易受到微生物污染和变质（Hao等人，2025年）。因此，采取适当的策略来改善冷藏猪肉的储存质量和延长其保质期至关重要。在这些策略中，包装是最常用的方法，因为它方便使用。然而，传统的包装材料（如聚乙烯和聚氯乙烯）仅用于阻挡外部污染，且不易生物降解，从而导致环境污染（Agarwal等人，2020年）。近年来，活性包装得到了广泛研究和应用，以抑制冷藏猪肉的变质。在活性包装中，活性物质是赋予抗菌性能的主要成分。目前，植物提取物（如多酚）常被用作活性包装中的活性物质，因为它们安全且高效。然而，这些物质本身具有不愉快的气味，并且在储存过程中容易渗入猪肉中，影响其风味（Gao等人，2011年）。

碳点（CDs）因其易于制备和工业化生产而常用于快速检测应用（Ru等人，2022年）。此外，CDs具有纳米级结构，能够穿透脂质双层，表现出优异的抗菌活性（Baker & Baker，2010年）。目前，化学试剂通常被用作CDs合成的碳源。使用化合物和多原子掺杂剂生产CDs成本较高，并且会造成环境污染和安全隐患。生物质材料随处可得，将其作为CDs合成的原料具有环境效益和无毒性的优势。此外，合成过程温和，能够制备出绿色安全的碳点。生物质原料富含有机酸和生物胺，有助于在CDs合成过程中实现异原子自掺杂，无需额外化学试剂（Chao等人，2020年）。最近，人们越来越关注基于生物的材料作为CDs合成的替代原料。例如，Lin等人（2022年）使用洋葱、生姜和大蒜作为原料合成了CDs，并发现其中洋葱合成的CDs具有最强的抗菌活性。他们将抗菌性能的差异归因于不同生物来源中的活性成分。在各种基于生物的材料中，传统中药作为CDs合成的活性前体具有特别大的潜力，因为它们富含生物活性成分，并有悠久的临床应用历史。金银花（Lonicera japonica Thunb）是一种典型的传统中药，含有多种生物活性成分，如绿原酸、氨基酸和黄酮类化合物（Li等人，2020年），这些成分支持其已确立的药理特性，尤其是其显著的抗菌活性（Deng等人，2025年）。研究表明，作为草药中绿原酸含量较高的代表，金银花含有2–12 %的绿原酸（Liu等人，2002年）。其他含有绿原酸的草药，如Eucommia ulmoides，其绿原酸含量通常在0.8 %到2 %之间（Qian等人，2022年）。金银花中的主要成分绿原酸可以通过破坏细胞膜和抑制酶活性来抑制微生物繁殖（Shen等人，2024年）。绿原酸中的官能团在碳化过程中可以部分保留，这决定了CDs的表面化学性质，从而影响其生物活性。这些证据表明，从金银花合成的CDs可能天然具有抗菌性能，显示出广泛的应用潜力。

本研究的目的是开发和评估金银花衍生的碳点及其相应的活性复合薄膜，以改善冷藏猪肉的保鲜性能。本研究使用金银花原料作为前体，并采用一步水热法在不同碳化温度下合成安全的金银花碳点（HOCDs）。对HOCDs进行了表征，并进行了体外抗菌实验，以研究其形成过程和抗菌机制。通过将HOCDs与聚乙烯醇（PVA）和马铃薯淀粉（PS）结合制备了功能性复合薄膜，并测量了其机械性能、微观结构、紫外线阻隔性能和水蒸气透过率（WVP）。这些薄膜用于包裹猪肉，并在4 ℃储存条件下对总挥发性碱性氮（TVB-N）、总活菌数（TVC）和pH值等进行了抗菌保鲜评估。本研究为未来新鲜猪肉的保鲜应用奠定了基础。

材料

金银花残渣从当地药店收集。营养琼脂和营养肉汤从广东环凯微生物科技有限公司（广州，中国）购买。聚乙烯醇（PVA）粉末（1799，醇解度98–99 %）从沃凯新华制药集团化学试剂有限公司（上海，中国）购买。碱性磷酸酶（AKP）测定试剂盒从南京建筑工程研究院（南京，中国）购买

HOCDs的微观结构

透射电子显微镜（TEM）具有较高的分辨率，可以通过直接成像获得碳点的结构信息。图1a显示了在不同碳化温度下HOCDs的微观结构变化。随着碳化温度低于180 ℃，HOCDs的颗粒尺寸减小且分散性提高。推测这是由于金银花中前体物质（如绿原酸）的水解和脱水反应所致

结论

本研究以金银花为原料，采用一步水热法在不同碳化温度下合成金银花碳点（HOCDs），并对HOCDs进行了系统表征，并通过体外实验评估了其抗菌活性。此外，还制备了复合薄膜以延长新鲜猪肉的保质期。结果表明，在180 ℃碳化温度下合成的HOCDs表现出最小的颗粒尺寸

CRediT作者贡献声明

罗文豪：正式分析。郑华：方法学。雷洪涛：资源。葛向珍：可视化。苏哥：方法学。邓一恒：验证。潘雪：软件。侯家银：验证。郭宗林：写作——审稿与编辑、监督、资源获取、概念构思。李蕾仪：写作——初稿。

利益冲突声明

我们声明在研究中不存在财务或其他利益冲突。本工作是原创研究，手稿中的数据未在其他地方发表。

致谢

本研究得到了广东省畜禽存储与运输智能绿色保鲜关键技术研究与示范（2023B0202020002–2）、国家自然科学基金（32402173）、广东省自然科学基础与应用基础研究基金（2024A1515010433, 2025A1515012396）、广东省现代农业产业技术体系创新团队建设项目（