氣調包裝作為目前調控果實采后呼吸的常用方法之一，是指采用具有一定氣體透過性的聚合物薄膜作為果實包裝，利用薄膜的氣體透過性與果實自身的呼吸作用之間的平衡，在包裝內部形成高CO2、低O2的氣體氛圍，從而適當抑制果實的采后呼吸，延緩果實的品質劣變。但目前使用的氣調包裝材料主要為石油基塑料，難以降解和回收。而作為食品保鮮領域研究熱點的可食性涂膜，具有來源廣泛、操作簡單等特點。

可食性涂膜通常由成膜基材和添加劑組成。成膜基材多為可食性的聚合物基材，主要包括蛋白質、多糖和脂質等；添加劑包括用于改善涂膜的機械性能、阻隔性等的填料或助劑，以及抗菌劑、抗氧化劑等功能性物質。通過浸泡、刷涂或噴霧等方式將涂膜劑施加于果實表面形成一層薄膜，使其成為果實與外界環境之間的屏障，可起到延緩果實失水、調控呼吸和減少微生物侵染等作用。但目前的涂膜保鮮研究大多是用添加抗菌劑等功能性物質來增強涂膜的抗菌作用，對涂膜的氣調作用研究相對較少。羥丙基甲基纖維素（HPMC）屬多糖類聚合物基質，是一種來源豐富、可食用的纖維素衍生物，具有良好的成膜性能。它不僅作為一種良好的成膜材料應用于食品包裝領域，還作為表面活性劑、増稠劑、乳化劑和穩定劑等廣泛應用于食品。

西南大學食品科學學院的史馥毓、秦藝璇、徐丹*等人擬在HPMC中添加對CO2有吸附作用的木質素磺酸鈉（Ls）調控涂膜的氣體透過性。Ls是造紙行業主要的副產物之一，來源廣泛且價格低廉。根據歐盟食品安全局的評估，Ls作為食品接觸材料應用是安全的，不會對人體健康造成風險。同時，Ls具有疏水性骨架與親水性基團，能夠很好地與高分子聚合物共混，其含有的磺酸基團和醚氧基團能與CO2的四極矩發生相互作用，具有調控復合涂膜CO2透過性的潛力。因此，本研究首先探究Ls添加量對復合涂膜結構與性能的影響，然后將其用于采后呼吸強度較高、貨架期較短的沙糖橘（

Citrus reticulata

cv. Shatang）的涂膜保鮮，以明確氣調涂膜保鮮劑的應用潛力。

01

平板膜的表征

1.1 紅外光譜、X射線衍射圖譜和熱穩定性

圖1a為Ls粉末和各組薄膜樣品的紅外光譜圖。Ls在3 276 cm-1處的吸收峰是由于O—H的伸縮振動；2 923 cm-1及619 cm-1處的吸收峰分別與甲基和芳環上C—H的伸縮振動有關；1 587 cm-1和1 409 cm-1處的吸收峰與芳香環中C—C產生的伸縮振動有關；1 114、875、766 cm-1處的吸收峰代表了愈創木基單元的彎曲振動；1 045 cm-1位置上的吸收峰對應S＝O伸縮振動，這表明了磺酸基的存在。純HPMC膜在3 424 cm-1處出現寬的吸收帶，是由多分子締合O—H的伸縮振動引起，1 052 cm-1處的劍鋒則是C—O—C糖苷鍵的伸縮振動峰。添加Ls后，復合薄膜在1 587 cm-1處出現了Ls的特征峰，且隨著Ls含量的增加，HPMC在3 424 cm-1處的吸收峰逐漸紅移，說明Ls與HPMC形成了分子間氫鍵，因此二者具有較好的相容性。

圖1b為Ls粉末和薄膜樣品的X射線衍射圖譜。Ls在2

＝7.7°、19.3°、23.0°等多處出現尖銳峰，說明Ls結晶度較高。HPMC-S膜在19.8°處出現寬峰，為HPMC典型的半結晶峰 。添加Ls后，HPMC/Ls復合膜在7.7°處出現了新的衍射峰，可能是Ls的峰。同時HPMC-S在19.8°處的半結晶峰也向右發生了偏移，可能是Ls與HPMC分子間的氫鍵作用對HPMC的結晶結構有一定影響。

圖1c、d分別為Ls粉末和薄膜樣品的熱重曲線和熱重微分曲線。在溫度升高至100 ℃時，Ls由于水分蒸發導致的質量損失達到16.5%，可能是因為Ls親水性強，水分含量較高。此后，Ls在200～300 ℃內再次出現快速熱分解，可能與Ls側鏈中脂肪族羥基、羰基和C—C鍵的斷裂有關。溫度升高至600 ℃時，Ls粉末的殘碳量為56.4%。HPMC-S膜在100 ℃內也出現了由于水分散失導致的質量損失，之后在215 ℃開始分解，在352 ℃時達到最大熱分解速率，可歸因于纖維素醚的降解，包括脫水和脫甲氧基化的過程，至600 ℃時其殘碳量為9.4%。添加3%、6%和9%的Ls后，HPMC/Ls復合膜的熱分解行為與HPMC-S膜較為接近，再次說明了Ls與HPMC之間具有較好的相容性，但最大熱分解速率溫度隨著Ls添加量的增加而降低，300 ℃時殘碳量則分別增加至15.7%、18.9%和20.1%。

1.2 透光率

研究表明，紫外線照射會誘導果實產生自由基，進而引發細胞膜脂質的過氧化反應，破壞細胞膜結構，加速果實的品質劣變。因此，涂膜如具有一定的紫外阻隔性能，則能在一定程度上減輕紫外線對果實的不良影響。圖2a顯示了薄膜樣品在波長200～800 nm內的透光率變化。薄膜在紫外光范圍內出現了吸收峰（200～400 nm），其對紫外光的阻隔能力大于可見光。但HPMC-S在305 nm處的最低透光率仍高達81.7%，說明HPMC對紫外線的阻隔能力較差。而添加Ls后，復合膜的透光率持續下降。相較于HPMC-S，H-3Ls-S、H-6Ls-S和H-9Ls-S的最低透光率分別減少了48.9%、77.7%和91.6%，大大提高了薄膜的紫外阻隔能力。這可能是由于Ls結構中含有的酚羥基等顯色基團以及芳香環與側鏈雙鍵形成的共軛結構等均具有良好的紫外光吸收性。在可見光波長范圍（400～800 nm）內，HPMC/Ls復合薄膜的透光率也隨著Ls添加量的增加而逐漸降低。這可能是Ls結構中含有的顯色基團使Ls呈棕色，因此復合膜的顏色隨Ls添加量的增加而加深（圖2b），從而對可見光也有一定的阻隔作用，但所有復合薄膜下方的“HPMC Ls”文字均清晰可見，說明HPMC/Ls復合膜仍具有較好的透明度，表明Ls在HPMC中能夠均勻分散。

1.3 微觀結構

從圖3可看出，所有薄膜表面均較為光滑、均勻。添加Ls后，薄膜表面出現一些尺寸為微米級的顆粒狀聚集體，且隨著Ls含量的增加而增多，因此可能是Ls的團聚體。但顆粒較小，約為20 μm，且分布均勻，說明Ls與HPMC相容性較好。

1.4 拉伸性能和阻隔性能

Ls添加量為0%、3%、6%、9%薄膜樣品的抗張強度和斷裂伸長率分別如圖4a、b所示。隨著Ls含量的增加，薄膜樣品的抗張強度和斷裂伸長率均呈上升趨勢。當Ls添加量達到6%或以上時，薄膜樣品的抗張強度和斷裂伸長率均顯著高于純HPMC膜（

P

＜0.05）。與純HPMC膜相比，H-6Ls-S的抗拉強度和斷裂伸長率分別提高了15.3%和22.9%，H-9Ls-S則分別提高了21.2%和31.2%，說明添加適宜含量的Ls不僅能提高膜的強度，也可改善其韌性，再次證明Ls與HPMC之間有較強的相互作用，二者可有效進行界面應力傳遞。同時，在用作果實涂膜時，薄膜強度和韌性的改善也可提高涂膜的穩定性，減少其在果實碰撞或摩擦過程中的破損。

圖4c為薄膜的O2和CO2透過率。隨著Ls含量的增加，復合膜的O2透過率和CO2透過率均顯著降低（

P

＜0.05）。相較于純HPMC膜，當Ls添加至9%時，復合膜的 O 2 透過率和C O 2 透過率分別降低了61.5%和52.6%。同時可看出，Ls的添加使得復合膜的 O 2 透過率相較于C O 2 下降更多。氣體分子在膜中的傳質過程通?？捎谩拔?擴散”過程解釋 。因此，一方面，膜表面分散的Ls在吸附C O 2 的同時會減少膜對 O 2 的吸附；另一方面，當結晶度高的Ls作為氣體屏障填充在復合膜中，可能會使動力學直徑較大的 O 2 分子更難在膜中擴散。但復合膜對 O 2 和C O 2 阻隔性的同時提升使其在用于果實涂膜保鮮時，可進一步減少果實的內部氣體與外界的交換，從而調控其呼吸強度。

如圖4d所示，純HPMC膜和復合膜均具有較高的水蒸氣透過率，這可能是由于HPMC中含有大量羥基親水基團。隨著Ls含量的增加，薄膜樣品的水蒸氣透過率略有下降，當Ls添加至9%時，薄膜的水蒸氣透過率顯著低于純HPMC膜（

P

＜0.05）。這可能是由于Ls具有較高的結晶度，在薄膜中可作為小分子的擴散屏障，從而降低水分子在薄膜中的透過速率。

02

一級標題沙糖橘的貯藏品質

2.1 質量損失率、腐爛率與外觀變化

沙糖橘果實在貯藏過程中，由于蒸騰作用過程中的失水和呼吸作用中的干物質損耗，果實質量會持續降低。從圖5a可以看出，隨著貯藏時間的延長，各組的質量損失率均呈現上升趨勢。CK組在整個貯藏期間均表現出較高的質量損失率，而與CK組相比，涂膜組果實的質量損失率則有不同程度的降低。貯藏20 d時，H-3Ls和H-6Ls組的質量損失率為各組中最低，且相較于CK組分別降低了14.5%和11.0%。由此說明，添加適量的Ls能夠在一定程度上延緩果實在貯藏期間的水分散失。沙糖橘果實由于皮薄、汁多，病原菌極易通過果實表皮上的氣孔或傷口侵入果實引起腐爛。如圖5b所示，各組果實均在第8天出現腐爛，貯藏12 d以后，各組果實腐爛率之間的差異逐漸增大，且CK組的腐爛率均為最高，而H-6Ls組則為最低。在第20天時，H-6Ls組腐爛率相較于CK組降低了48.2%。H-3Ls組的腐爛率略高于H-6Ls組，而H-9Ls組與H組接近。H-9Ls組的腐爛程度更高可能是其具有較高質量損失率的原因之一。沙糖橘果實在貯藏期間的外觀變化情況如圖5c所示。

2.2 果實內氣體含量與呼吸速率

從圖6a、b可以看出，在貯藏的第8～16天，相較于CK組，涂膜組果實內部具有顯著較低的O2含量（

P

＜0.05）和顯著較高的C O 2 含量（

P

＜0.05），但涂膜組之間的差異較小。由此說明，涂膜確實可以發揮氣調作用，調控果實與外界的氣體交換，從而在果實內部自發形成了高C O 2 、低 O 2 的氣體氛圍。這不僅會影響果實的呼吸作用，也有利于抑制微生物的生長繁殖，從而提高果實的貯藏品質 。但由于果實與外界的氣體交換除受涂膜氣體阻隔性的調控外，還受到涂膜比表面積（與果實的大小有關）、果皮厚度等因素的影響，且果實的采后呼吸強度也與其成熟度有關。因此，在果實個體差異和測量誤差的影響下，所測得的果實內部C O 2 和 O 2 含量數據的標準差較大，導致涂膜組之間大多無顯著性差異，無法明確Ls添加量對果實內部氣氛的具體影響。

沙糖橘在貯藏期內的呼吸速率變化如圖6c所示。在貯藏初期，沙糖橘具有較高的呼吸強度，而隨著貯藏時間延長，各組果實的呼吸速率均呈現下降趨勢。這可能是因為沙糖橘屬非呼吸躍變型水果，采摘后其呼吸作用會逐漸減弱。當Ls添加量為6%時，貯藏20 d后，復合涂膜果實的呼吸速率相較未處理的CK組降低了32.5%。在貯藏前期，涂膜組的呼吸強度出現了更迅速的下降，與圖6a、b中涂膜組果實內部氣體氛圍的變化趨勢一致。同時，H-6Ls組和H-9Ls組的呼吸速率在整個貯藏期間幾乎均為各組中的最低值，這表明添加適量Ls可有效抑制沙糖橘的采后呼吸，因為Ls可顯著降低涂膜對CO2和O2的透過率，發揮了氣調作用。

2.3 果實品質指標

各組果實在貯藏期間的硬度變化如圖7a所示。第4天開始，各組果實的硬度迅速下降，但在第4～12天，各組果實的硬度之間無顯著性差異（

P

＞0.05）。CK組果實的硬度呈持續下降趨勢，且在第16天開始顯著低于涂膜組（

P

＜0.05）。而涂膜組果實在貯藏期間保持了較為穩定的硬度，尤其是H-6Ls組，其在第20天的果實硬度相較于CK組和H組分別提高了27.3%和15.3%，說明HPMC/Ls復合涂膜能夠較好地延緩果實的軟化。

抗壞血酸在保護植物免受生物或非生物脅迫方面具有重要作用，沙糖橘果實中含有大量抗壞血酸，使果實具有較好的抗氧化能力。如圖7b所示，在貯藏期間，各組果實的抗壞血酸含量總體呈波動下降趨勢。但H-3Ls和H-6Ls組果實的抗壞血酸含量在貯藏第16天開始上升，在第20天時，顯著高于其他組（

P

＜0.05）。說明H-3Ls和H-6Ls處理能夠更好地保持果實抗壞血酸的含量。

檸檬酸等有機酸是果實呼吸的主要底物。從圖7c可看出，在整個貯藏期間，沙糖橘果實的可滴定酸含量呈先上升后下降的趨勢，這可能是由于果實在水解酶作用下不斷生成有機酸，后因呼吸作用的不斷消耗而降低。其中，H-9Ls組果實在第12～16天具有顯著較高的可滴定酸含量（

P

＜0.05），而在第20天時則顯著下降（

P

＜0.05），這可能是該組更低的呼吸速率所導致的。H-6Ls組在第20天的可滴定酸含量顯著高于其他組（

P

＜0.05），說明H-6Ls處理能夠更好地保持果實可滴定酸的含量。

可溶性固形物含量能夠直接反映出果實的甜度，是衡量果實品質的重要指標。從圖7d可以看出，各組沙糖橘果實中的可溶性固形物含量在第4天有較大幅度上升，可能是沙糖橘內淀粉、果膠等物質水解導致的，之后總體維持相對平穩的狀態。但CK組和H組的可溶性固形物含量在第16天開始下降，至第20天時，已顯著低于其他組（

P

＜0.05），而此時，H-6Ls和H-9Ls組的可溶性固形物含量則顯著高于其他組（

P

＜0.05），說明這兩種涂膜處理有助于提高果實內可溶性固形物的含量。這可能是因為這兩組果實的呼吸強度較低（圖6c），能夠減少果實生理代謝過程中對可溶性固形物的消耗，從而使果實在貯藏期間較好地保持了甜度。

綜上，添加了Ls的復合涂膜能夠較好地維持果實中的抗壞血酸、可滴定酸和可溶性固形物的含量，從而保持較好的品質，可能是由于復合涂膜降低了果實的呼吸速率，減少了采后呼吸代謝對營養物質的消耗。

03

結論

本研究以HPMC為成膜基質，添加對CO2有吸附作用的Ls，以調控復合膜的氣體透過性。結果表明，Ls與HPMC間具有氫鍵相互作用，二者具有良好的相容性。Ls的添加不僅可改善復合膜的強度和韌性，同時可提高復合膜對紫外-可見光的阻隔性。同時隨著Ls含量的增加，復合膜的氣體阻隔性和水蒸氣阻隔性均得到增強。將HPMC/Ls用于沙糖橘果實的涂膜保鮮時，復合涂膜較好的氣體阻隔性使果實內部自發形成了高CO2、低O2的氣調環境，抑制了果實的采后呼吸，從而降低質量損失率和腐爛率。同時，復合涂膜組較好地保持了果實硬度以及果肉的可滴定酸、可溶性固形物和抗壞血酸營養含量。因此，在HPMC中添加適量Ls（6%）可較好地調控涂膜的氣體阻隔性，實現果實的氣調保鮮，具有操作簡便、環境友好且效果顯著等特點。

作者簡介

通信作者：

徐 丹，西南大學食品科學學院 博士生導師。研究方向為食品包裝材料。

第一作者：

史馥毓，西南大學食品科學學院 在讀碩士。本科畢業于上海海洋大學食品科學與工程專業，碩士就讀于西南大學食品科學與工程專業。

本文《生物基包裝材料的制備及其在果蔬保鮮中應用》來源于《食品科學》2025年46卷第8期293-301頁，作者：史馥毓，秦藝璇，黎治伶，陳世廣，王 添，吳習宇，任 丹，徐 丹*。DOI:10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.23.010。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。

實習編輯：梁雯菁；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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