作者：Varsha Likhar、Yu Fu、Yadong Zhao、Bin Zhang、Soottawat Benjakul
泰国宋卡府哈泰市宋卡王子大学农业工业学院国际海鲜科学与创新卓越中心，邮编90110
摘要
本研究利用Duea ching果实提取物（DCE）作为绿色还原剂和稳定剂，生物合成银纳米粒子（AgNPs），并将其嵌入壳聚糖/明胶（CS/GE）薄膜中，用于活性食品包装。优化后的AgNPs具有纳米级尺寸（10–15 nm）和高胶体稳定性（PDI 0.249），对单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）和副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）表现出强烈的抗氧化和抗菌活性。添加2%的DCE后，CS/GE薄膜的紫外线B阻挡能力显著增强（88.57%），拉伸强度提高（16.9 MPa），水蒸气透过率降低（8.28 × 10^−11 g m/m^2 s Pa），同时不影响聚合物间的相互作用（经FTIR分析验证），从而提升了薄膜的功能性能。当这些薄膜应用于预煮的贝类制品时，含有3% AgNPs的薄膜能有效抑制腐败微生物，使总活菌数保持在6 log CFU/g以下，将冷藏保质期从9天延长至15天（相比之下，聚丙烯包装的保质期仅为9天）。这些发现表明，DCE介导的AgNPs作为多功能添加剂，在海鲜保鲜的活性包装中具有创新性和潜力。
引言
传统食品包装主要依赖玻璃、金属、纸张和塑料等材料，其中塑料包装因其低成本、轻便性以及良好的防潮和阻气性能而成为主流（Rajapakshe等人，2026年）。基于石油的塑料（如聚乙烯、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚苯乙烯）广泛用于一次性食品包装（Asgher等人，2020年）。然而，不可降解塑料的过度使用引发了严重的环境和健康问题，包括在垃圾填埋场和水生生态系统中的长期积累、微塑料污染、生产和处置过程中的温室气体排放，以及有害添加剂可能迁移到食品中（Rajapakshe等人，2026年）。自1950年以来，全球塑料产量急剧增加，2010年的总量约为4.44亿公吨（MMT），到2020年增至24.51亿公吨，预计到2020年将达到73.5–33.73亿公吨。如果不采取有效的减塑措施，2020年至2060年间塑料负担预计将增加3–9倍（Cordier等人，2024年）。这些严峻趋势凸显了开发环保、可持续且功能增强的包装材料的迫切需求，这些材料不仅能减少塑料废弃物，还能提高食品质量和安全性（Hussain等人，2024年；Yuen等人，2025年）。在这一背景下，向可持续食品包装的转型与联合国可持续发展目标（SDGs）高度契合，尤其是SDG 12（负责任的消费和生产）、SDG 13（气候行动）和SDG 3（良好健康与福祉）。根据2023年可持续发展目标报告，全球在气候缓解和可持续资源管理方面的进展仍显不足，温室气体排放和环境退化对食品系统和人类健康构成严重威胁（联合国，2023年）。食品包装在此过程中发挥着双重作用：它不仅有助于减少塑料废弃物和碳排放带来的环境问题，还能减少食物损失并提升食品安全（Bahramian等人，2025年；Manzoor等人，2024年）。因此，开发可生物降解、具有活性的环保包装材料对于支持气候适应型食品系统和产业至关重要（Tavassoli等人，2025年）。在食品保鲜领域，微生物生长和氧化反应是导致海鲜变质的主要因素，进而降低产品质量、引发安全问题并造成重大经济损失（Ahmad等人，2024年）。为解决这一问题，开发能够同时抵御微生物增殖和氧化降解的活性包装系统受到了广泛关注。传统上，提高生物聚合物薄膜性能的方法常依赖甲醛等化学交联剂，但这些方法因残留毒性和食品安全问题而限制了其在食品接触应用中的适用性（Tavassoli等人，2025年）。因此，现代食品包装系统迫切需要更安全的多功能替代品，既能满足性能要求，又能确保消费者安全。
新兴的纳米技术中，将纳米材料融入包装基质是一种有前景的方法，因为它们能赋予材料独特的物理化学性质和增强功能（Likhar等人，2025年）。纳米材料通常指尺寸在1至100 nm范围内的物质，具有较高的表面积与体积比、表面反应性以及可调的光学和机械性能（Mekuye & Abera，2023年）。将纳米材料加入基于生物聚合物的复合薄膜中，可提升其阻隔性能、机械强度和功能性，从而延长食品保质期并确保食品安全（Khan等人，2023年）。尽管如此，现有研究大多侧重于纳米材料的合成或薄膜配方，而在综合多功能性能评估和实际应用方面的研究较少。然而，最新研究表明，纳米材料改性的生物聚合物薄膜能有效增强抗菌活性、抗氧化稳定性和易腐食品的保质期，显示出其在先进可持续食品包装应用中的巨大潜力（Bahramian等人，2025年；Likhar等人，2025年）。此外，先进包装材料的发展正逐渐与智能制造和可持续制造的概念相结合，如工业4.0、工业5.0和工业6.0所倡导的那样（联合国，2023年）。这些框架强调智能技术的应用、以人为中心的创新和环保生产系统（联合国，2023年）。使用绿色合成的纳米材料和可生物降解的生物聚合物基质符合数字化、资源效率和可持续创新的原则。这种整合不仅提升了材料功能，还有助于开发下一代智能包装系统，从而提高食品安全性、减少环境影响并支持全球可持续发展目标（Rajic等人，2022年）。
为了将纳米材料转化为实用且安全的包装系统，银纳米粒子（AgNPs）因具有强大的抗菌性能和额外的抗氧化潜力而受到关注，尤其是通过环保方法合成时（Vanlalveni等人，2021年）。在可持续纳米材料制备方法中，利用植物提取物进行绿色合成是一种环保替代方案，因为植物中的植物化学物质（如酚类和黄酮类）可作为天然还原剂和封端剂，从而减少有害化学物质的使用（Samuggam等人，2021年）。除了稳定纳米粒子外，来自植物代谢物的功能基团还赋予其内在生物活性，进一步增强了其在食品相关应用中的适用性。因此，近期研究越来越多地关注利用植物介导的绿色合成方法制备AgNPs用于食品包装，结果显示其具有更好的生物相容性、降低毒性和增强抗菌效果（Deb等人，2025年；Shinde等人，2025年；Viswanathan等人，2024年）。尽管银基纳米材料在食品包装中具有良好性能，但其应用仍需经过欧洲食品安全局（EFSA）和美国食品药品监督管理局（FDA）等机构的监管评估，特别是在迁移行为、毒性和消费者安全方面（Lambré等人，2021年）。这些考虑强调了开发安全可控系统的必要性。Duea ching（Ficus botryocarpa Miq.）是一种原产于泰国南部的可食用梨形果实，富含膳食纤维、维生素、氨基酸以及钙、镁、铁、钾和锌等矿物质（Buamard等人，2023年）。由于其丰富的营养成分和生物活性，Duea ching果实提取物（DCE）作为AgNPs合成的生物资源具有巨大潜力。DCE中的乙醇溶液含有多种生物活性化合物，如酚酸和黄酮类（如原花青素B2、（±）儿茶素、绿原酸、柚皮苷-7-O-葡萄糖苷、槲皮素-3-半乳糖苷和表儿茶素），这些成分具有强大的抗氧化、抗菌和健康促进作用（Likhar等人，Buamard等人，2025年）。这些植物化学物质不仅提升了提取物的功能性能，还在绿色合成AgNPs过程中发挥了关键作用（Shinde等人，2025年）。尽管具有这些优势，但DCE介导的AgNPs作为多功能添加剂在基于生物聚合物的活性包装薄膜中的应用仍需进一步探索，尤其是在海鲜保鲜领域。
天然生物聚合物（如壳聚糖CS和明胶GE）因其优异的成膜性能、可再生性和可生物降解性而在可生物降解活性包装的开发中受到广泛关注（Yarahmadi等人，2024年）。CS是一种源自几丁质的阳离子多糖，具有出色的机械强度、氧气阻隔性能和由正电荷氨基与负电荷微生物细胞膜之间的静电相互作用产生的内在抗菌活性（Haghighi等人，2019年）。GE是通过胶原蛋白热变性得到的蛋白质，具有理想的柔韧性、透明度和亲水性，从而改善了薄膜的延展性和加工性能（Haghighi等人，2019年）。当CS和GE结合时，通过分子间作用形成互穿聚合物网络，制成致密均匀的复合薄膜（Eranda等人，2024年）。这种协同作用的CS/GE基质为引入生物活性纳米材料提供了理想平台，同时提升机械性能、阻隔性能、抗氧化性能和抗菌性能（Chen等人，2024年）。
据我们所知，此前尚未有研究将DCE衍生的AgNPs整合到CS/GE复合薄膜中，并对其功能性能和在实际海鲜保鲜中的应用进行系统评估。因此，本研究旨在使用不同浓度的DCE（1%、2%和3%）通过绿色合成方法制备AgNPs，并全面表征其物理化学和生物性质。随后将这些优化后的纳米粒子以不同比例（1%、2%和3% w/w）嵌入CS/GE基质中，评估所得薄膜的机械强度、阻隔性能、抗氧化活性和抗菌效果。此外，还研究了这些活性薄膜在冷藏储存条件下对贝类（Paphia undulata）保鲜效果的影响。
部分内容摘要
化学物质和培养基
硝酸银（AgNO₃，CAS编号7761–88-8，分子量169.87 g/mol，纯度≥99.9%）购自Avantor Performance Materials Poland S.A.（波兰格利维采）。鱼用明胶粉（Bloom强度250）购自Vinh Hoan Corp.（越南同塔普）。壳聚糖（CS，CAS编号9012-76-4，粘度范围200–600 mPa·s，测量条件为25°C下的1%醋酸溶液）购自Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.（日本东京）。其他所有试剂和溶剂亦相同。UV-Vis光谱
通过UV-Vis光谱分析确认了DCE制备的AgNPs的形成，这是监测纳米粒子合成的标准方法（Giri等人，2022年）。DCE1%-AgNPs、DCE2%-AgNPs和DCE3%-AgNPs的水悬浮液在400–450 nm范围内显示出明显的表面等离子体共振（SPR）峰（图1A），这是AgNPs的特征（Alharbi & Alsubhi，2022年；Gulbagca等人，2019年）。相比之下，AgNO₃溶液和纯DCE未显示出显著的SPR峰。
结论
使用DCE合成AgNPs是一种环保、低成本且可持续的绿色方法，可在常温条件下成功制备纳米粒子。提取物中的植物化学物质作为天然还原剂和稳定剂，促进了稳定且均匀分散的AgNPs的形成。UV-Vis光谱证实了纳米粒子的形成，而FTIR分析验证了生物活性化合物在还原和封端过程中的作用。
作者贡献声明
Varsha Likhar：负责撰写初稿、方法设计、数据整理。
Yu Fu：负责监督、数据分析、概念构思。
Yadong Zhao：负责撰写、编辑和数据整理。
Bin Zhang：负责撰写、编辑和数据整理。
Soottawat Benjakul：负责撰写、编辑、监督、资源协调、资金争取和概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了宋卡王子大学（PSU）的资助，特别是通过国家科学、研究与创新基金（NSRF）（项目编号AGR6801380M）的支持。
