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IF=6.6!甘肃农业大学食品科学与工程学院: 淀粉纳米晶与阿魏酸稳定化纳米硒的制备、表征及其在早酥梨保鲜中的应用

2026-10-20 06:32:19

图文来源：作者团队

淀粉纳米晶与阿魏酸稳定化纳米硒的制备、表征及其在早酥梨保鲜中的应用

甘肃农业大学食品科学与工程学院：Yanxia Li(第一作者），李永才教授（通讯作者）在期刊《LWT》（IF：6.6）发表了题为“Preparation and characterization of nano-selenium stabilized with starch nanocrystals and ferulic acid and its application in the preservation of zaosu pear”的论文。

研究概述

传统纳米硒（SeNPs）存在稳定性差、生物活性有限的问题，限制了其实际应用。该研究采用淀粉纳米晶（SNCs）和阿魏酸（FA）对纳米硒进行改性，旨在提升其结构稳定性与生物活性。随后，将所得的FA-SNCs-SeNPs掺入淀粉 / 明胶（S/G）基质中，通过流延法制备复合膜，并对纳米颗粒及复合膜的结构与功能特性进行了系统表征。结果表明，淀粉纳米晶的最优浓度为 0.27g/mL，此时制得的 FA-SNCs-SeNPs 粒径为604.45nm，多分散指数（PDI）为0.348，Zeta电位为- 19.67mV，表现出良好的稳定性。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）分析证实，FA-SNCs-SeNPs 通过氢键作用成功构建，且结晶度较纯纳米硒有所降低。热重分析（TGA）表明，改性后的纳米硒热稳定性显著提升。添加 FA-SNCs-SeNPs 的复合膜具有更致密均匀的微观结构，力学性能增强、水蒸气阻隔性能改善，且抗氧化与抗菌活性更优。此外，该复合膜可有效延缓早酥梨贮藏过程中的黄化、软化与腐败，维持果实品质并延长货架期。研究结果表明，所开发的复合膜作为活性食品包装材料，在鲜水果保鲜领域具有广阔的应用前景。

研究背景

早酥梨（Pyrus bretchneideri cv. Zaosu）是中国农业科学院果树研究所于1956年选育的早熟梨品种，具有品质优、产量高、成熟早、抗逆性强、生育期短等特点。早酥梨果皮翠绿、果肉酥脆、口感清甜，富含膳食纤维、维生素及矿物质，深受消费者喜爱。但该品种采收期集中在每年7—8月高温季节，采后呼吸代谢旺盛，易引发果实衰老，出现果皮黄化、果肉硬度下降、易受病原菌侵染等问题，严重影响其商品价值与贮藏性。

采用包装材料可有效延长果实货架期、延缓品质劣变。目前食品包装仍以塑料材料为主，但其造成的环境污染已对生态系统构成严重危害。因此，开发绿色、安全的生物活性保鲜包装材料已成为果品保鲜领域的迫切需求。

随着纳米技术的不断发展，越来越多的微量元素被还原为纳米级，制备成纳米材料。将天然抗菌物质与金属纳米颗粒复合，引入高分子基质中，制备兼具物理化学特性与生物活性的包装材料，已成为纳米功能材料领域的研究热点，这主要得益于纳米颗粒优异的抗菌、抗氧化性能及良好的物理特性。其中，纳米硒（SeNPs）因其独特的尺寸效应、表面特性与高生物利用率而备受关注。近年来研究逐步揭示了纳米硒在农业应用与食品保鲜中的独特作用与巨大潜力。相较于无机硒与有机硒，纳米硒具有生物毒性低、抗氧化活性强、抗菌效果优等特点，且进入人体后可通过代谢被吸收利用。

纳米硒的制备方法主要包括物理法、生物合成法与化学合成法。目前化学法合成的纯纳米硒存在粒径不均、易团聚、分散性差、稳定性不足等问题，严重限制了其实际应用与生物活性发挥。为解决上述难题，研究者在制备过程中引入合适的模板进行表面修饰，调控纳米硒的粒径与表面特性，赋予其新的载体功能与生物效应。目前被认为理想的纳米材料稳定剂与修饰剂主要包括蛋白质、多糖和多酚类物质。淀粉纳米晶（SNCs）是一类高结晶度、小粒径、力学性能优异的纳米材料；阿魏酸（FA）是广泛存在于植物细胞壁中的羟基肉桂酸衍生物，通过化学修饰引入纳米颗粒体系，不仅能稳定修饰纳米颗粒，还可凭借酚羟基结构强自由基清除能力，提升材料的抗氧化与抗菌活性。

综上所述，新鲜果蔬在贮藏中极易腐烂变质，涂膜处理对维持采后果蔬品质效果显著，但单一涂膜难以满足功能性食品包装的需求。为此，该研究以亚硒酸钠和维生素C为前驱体，优化纳米硒结构，采用淀粉纳米晶与阿魏酸对纳米硒进行复合改性，并通过表征技术探究其稳定机制；将改性纳米硒引入淀粉 / 明胶基质构建复合膜，研究稳定化纳米硒对复合膜理化性质与功能活性的影响；并将复合膜应用于早酥梨采后保鲜，评价其保鲜效果。该研究旨在为新型食品保鲜材料与技术的开发提供理论依据

研究结论

研究表明，以0.27g/mL 维生素C还原亚硒酸钠，并通过淀粉纳米晶（SNCs）与阿魏酸（FA）协同稳定制得的 FA-SNCs-SeNPs，具有最佳稳定性，其平均粒径为 604.45nm，多分散系数 PDI为0.348，Zeta电位为−19.67mV。扫描电镜（SEM）观察显示，淀粉纳米晶对纳米硒起到包覆作用，使颗粒呈单分散球形结构；能谱分析（EDS）证实 FA-SNCs-SeNPs中碳、氧元素比例显著上升。红外光谱（FTIR）与X射线衍射（XRD）结果表明，淀粉纳米晶、阿魏酸与纳米硒之间形成氢键相互作用，提高了分散体系的稳定性。热重分析（TG）显示，与纯纳米硒相比，FA-SNCs-SeNPs的最终失重率降低57.1%，热稳定性显著提升。同时，FA-SNCs-SeNPs 的抗氧化活性较纯纳米硒显著增强。

将改性纳米硒作为功能填料加入淀粉 / 明胶基质，通过流延法制备纳米硒复合膜。SEM、FTIR、XRD与TG分析表明，纳米硒与膜组分间的相互作用改变了复合膜的晶型与官能团，使S/G/F-S-Se复合膜结构比纯淀粉 / 明胶膜更致密均匀，热稳定性更强。此外，改性纳米硒的加入使复合膜略带红色，抗拉强度与厚度显著提高，不透明度提升62.5%，水蒸气透过率降低63.73%，阻隔性能明显改善。同时，纳米硒赋予复合膜优异的抗氧化与抑菌活性，其中S/G/F-S-Se 膜对扩展青霉（Penicillium expansum）和粉红单端孢（Trichothecium roseum）的抑制效果最为显著。

将该复合膜用于早酥梨采后保鲜，结果显示：复合膜涂膜处理可有效维持早酥梨采后外观品质，抑制色差 L*、a*、b升高与色调角h降低，降低失重率与呼吸强度，保持果实的质地特性、细胞膜完整性与可溶性固形物含量，从而维持早酥梨的贮藏特性与营养品质。在所有处理组中，S/G/F-S-Se 涂膜保鲜效果最优。综上所述，该复合膜具有良好的应用前景。

图文赏析