近日，生科院刘锴栋教授/梁凤颜博士团队在国际权威TOP期刊《Food Hydrocolloids》（中科院一区，IF：11）发表了题为“Preparation and characterization of a chitosan-gentamicin derivative and its effect on tropical fruit preservation”的研究论文。本研究开发了一种新型壳聚糖-庆大霉素衍生物涂层，该涂层在常温下分别能使荔枝和番木瓜果实的品质和外观保持8天和16天以上。刘锴栋和梁凤颜为论文的共同通讯作者。
研究背景
我国南方具有丰富的热带亚热带水果资源，但是，这类水果大多数果实含水含糖量高，在采收后新陈代谢旺盛，且容易遭受微生物侵染，极易生褐变腐烂。包装处理可以阻隔果实与外界环境之间的水分和气体交换，抑制水果采后的生理代谢和隔离有害微生物，从而延长水果的贮藏保鲜期。出于绿色可持续发展的考虑，近年来水果包装材料向着可生物降解天然聚合物的方向发展，这些聚合物包括壳聚糖、淀粉、海藻酸、明胶等。而壳聚糖(CS) 是一种从虾蟹外壳中提取得到的可生物降解食用多糖，具有可生物降解、无毒、抗菌和良好的成膜性能，被广泛用作包装膜的成膜基质。但是，壳聚糖只能溶于酸性溶液，且其抗菌活性较弱，这些缺点阻碍了壳聚糖的应用。在本研究中，作者成功合成了一种新型壳聚糖-庆大霉素衍生物（CS-GT）， 该衍生物显示出提高的水溶性和抗菌活性；此外，通过在CS-GT衍生物中掺入甘油，开发了一种活性包装涂层。对荔枝和番木瓜两种热带特色水果的保鲜实验表明，CS-GT涂层有效地抑制了果皮的微生物生长，分别在储存8天和16天内保持了果实的品质和外观。因此， CS-GT涂层在食品包装领域展现出较好的应用潜能。
研 究 结 果
1. CS-GT衍生物的合成与表征
本研究通过C-2氨基保护、C-6区域选择性溴化、C-6亲核取代反应和脱氨基保护四步法成功合成了壳聚糖-庆大霉素衍生物（图1a）。通过傅里叶红外光谱、核磁共振氢谱和碳谱、光电子能谱和元素分析证明，GT成功接枝到CS的C-6位；GT提供的额外氨基降低了CS-GT的结晶度和热稳定性，提高了在中性和碱性溶液中的溶解度，以及对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性（图2）。
2.CS-GT涂层的制备与物化性能分析
通过在CS-GT衍生物中掺入甘油，开发了一种活性包装涂层。甘油和CS-GT链之间形成的氢键网络赋予了涂层良好的热稳定性以及紧密均匀的表面和横截面形态。随着CS-GT的增加，涂层显示出增强的抗紫外线性和柔韧性，但降低了其防水性能、视觉外观和阻水性能。
3.CS-GT涂层对荔枝和番木瓜的保鲜效果
CS-GT涂层处理的荔枝和番木瓜在常温贮藏8天和16天后，果皮仍保持较好的色泽和新鲜度。此外，CS-GT涂层处理的荔枝和番木瓜失重率和可溶性固体显著低于对照组（p<0.05），硬度和可滴定酸含量显著高于对照组（p<0.05），这表明CS-GT涂层处理能在常温下保持荔枝和番木瓜果实的品质至少长达8天和16天。
该研究得到了国家自然科学基金面上项目、广东省自然科学基金面上项目、湛江市科技计划项目的资助。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110485
通讯作者简介
刘锴栋，博士，教授，现任岭南师范学院生命科学与技术学院院长，广东省“扬帆计划”高层次人才。主持国家自然科学基金、中央农业技术推广项目、广东省自然科学基金、广东公益研究与能力建设项目等40余项，作为第一作者或通讯作者在The Plant Journal、New Phytologist、Food Hydrocolloids、Carbohydrate Polymers、Journal of Integrative Plant Biology、Food Chemistry、LWT、Horticulture Research、Food Research International、中国农业科学、园艺学报等刊物上发表论文50余篇。获授权发明专利7件和实用新型专利11件。获2022年中国发明协会发明创新奖二等奖和中国商业联合会科技进步二等奖。
梁凤颜，博士，讲师。主要从事多糖改性和果实贮藏保鲜材料研发方面的研究。以第一作者在Food Hydrocolloids、Carbohydrate Polymers、Journal of Environmental Chemical Engineering、Marinedrugs等刊物上发表论文16篇。
Fig. 1. The synthetic mechanism of CS-GT (a), schematic diagram of coating preparation and preservation (b).
Fig. 2. The inhibition zone diameters of E.coli (a) and S. aureus (b) treated by CS, GT and CS-GT; SEM images ofE.coliandS. aureuswithout treated (c, e) and treated by CS-GT (d, f).
Fig. 2.FT-IR (a), XRD (b), TGA(c), DTG (d), appearance (e), surface (f) and cross-section (g) SEM image of coatings(A: CS (1%); B: CS-GT (1%); C: CS-GT (2%); D: CS-GT (3%).
Fig. 4. Weight loss rate (a), firmness (b), TSS (c) and TA (d) of litchis (A) and papayas (B) in different treatment groups during storage.
Fig. 3.Images (a), total colony count of litchi (b) and papaya (c) fruits treatment by different coatings stored for 8 and16 days, respectively.
论文内容
