近日，职业医学与健康联合研究中心在国际期刊《International Journal of Biological Macromolecules》上发表题为“Development and characterization of bioactive Dictyophora rubrovalvata polysaccharide/hydroxypropyl starch composite films loaded with eugenol for strawberry preservation”的研究论文。王昱敬老师和本科生朱倩为共同第一作者，徐缓老师为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金、安徽理工大学引进人才科研启动基金和企业合作项目以及合肥综合性国家科学中心大健康研究院职业医学与健康联合研究中心经费资助。

本研究将竹荪多糖（DRP）引入羟丙基淀粉（HPS），以溶液浇铸法制备HPS-DRP复合薄膜。DRP与HPS通过氢键形成均匀致密网络，成膜液呈弹性主导的弱凝胶行为。复合薄膜拉伸强度达4.55 MPa，断裂伸长率86.81 %，水蒸气透过率低至5.63×10?1? g·m?1·s?1·Pa?1，热降解残留率升至21.87 %，均显著优于未改性淀粉膜。负载丁香酚后，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑菌圈值分别为62.26 %和58.62 %。草莓保鲜实验显示，包裹HPS-DRP-E膜的草莓贮藏7天后减重率仅9.8 %，硬度、可滴定酸度及可溶性固形物均优于对照组，菌落总数显著降低。研究表明，DRP与HPS协同作用全面提升薄膜力学、阻隔及抗菌性能，HPS-DRP复合薄膜在果蔬保鲜领域具有良好应用前景。

一、研究背景

传统石油基塑料包装因不可降解和被动阻隔的固有局限，长期难以满足现代食品工业对安全性和保质期的双重要求。可降解生物基薄膜应运而生，它由多糖、蛋白质等天然聚合物构建，不仅具备物理阻隔功能，还可通过负载活性物质实现主动保鲜，其性能与分子间相互作用及网络结构密切相关。凭借结构可设计性和功能可调性，可降解薄膜在延长货架期、减少塑料污染及精准控释方面展现出广阔前景。

天然淀粉基材料（如玉米、马铃薯淀粉）因安全无毒、成本低廉且可完全降解，在食品包装领域备受关注。其直链和支链分子结构赋予一定的成膜能力，阻隔性和力学性能与结晶度、分子量及直链/支链比密切相关，但不同植物来源的淀粉所制薄膜性能差异显著。物理共混或化学改性可调控性能，却常以牺牲其他性能为代价。更为关键的是，淀粉薄膜固有的亲水性强、力学强度不足及缺乏抗菌活性等缺陷，严重制约了其在活性包装领域的实际应用。

物理共混与化学交联等常规改性手段虽被广泛采用，但近年来天然非淀粉多糖的引入已被证明是增强淀粉膜综合性能的高效且可持续的替代方案。香菇多糖、灵芝多糖等食用菌葡聚糖因其支化结构和亲水胶体特性，不仅能赋予薄膜良好的屏障性能，还能与淀粉分子形成更强的氢键网络，显著提升薄膜的力学强度、热稳定性和柔韧性。竹荪多糖（DRP）作为一种新型高黏度葡聚糖，分子链富含羟基且天然成膜性好，有望在淀粉基质中构建连续的、由氢键介导的分子间网络。然而，DRP与羟丙基淀粉（HPS）的复合策略能否在保留淀粉基薄膜可降解优势的同时实现力学与阻隔性能的协同增强，以及负载丁香酚后能否在真实保鲜场景中有效延长草莓货架期，仍有待进一步研究证实。

二、研究内容

本研究采用溶液浇铸法制备了HPS-DRP复合薄膜——一种基于羟丙基淀粉与竹荪多糖共混的可降解包装材料。以普通玉米淀粉薄膜（CS）和羟丙基淀粉薄膜（HPS）为对照，系统探究了DRP的引入对成膜溶液流变行为、薄膜微观结构及理化性能的影响。在此基础上，进一步评价了负载丁香酚的复合薄膜对食源性致病菌的抑制效果及其在草莓保鲜中的应用潜力。

三、研究结果

Fig. 1. Structural characterization of Dictyophora rubrovalvata polysaccharide (DRP). (A) Molecular weight distribution; (B) Monosaccharide composition; (C) FTIR spectrum; (D) XRD pattern.

图1内容说明:该图展示了DRP的结构特征。A图为分子量分布：GPC色谱图呈现单一对称峰，表明DRP分子量分布均一，经计算重均分子量（Mw）为1262 kDa。B图为单糖组成：DRP主要由葡萄糖组成。C图为FTIR光谱：3320 cm-1附近的宽峰归属于O–H伸缩振动，2922.6 cm-1处为C–H伸缩振动，1149.8、1075.4和1017.1 cm-1处的吸收峰与糖苷键C–O振动和吡喃糖环结构有关，847.3 cm-1和892.6 cm-1处的吸收峰分别对应于葡萄糖的α构型和β构型。D图为XRD图谱：仅在2θ = 20.25°处观察到一个宽而弥散的衍射峰，无明显的晶体衍射峰，表明DRP以无定形结构为主，结晶组分占比极低，有利于糖链上羟基的充分暴露。

Fig. 2. Effect of DRP and hydroxypropyl modification on the rheology of film-forming solutions. (A) Apparent viscosity; (B) Storage modulus (G') and loss modulus (G"); (C) Loss factor.

图2内容说明： 该图展示了成膜溶液的流变学特性。A图为静态剪切实验：四组成膜溶液的表观粘度均随剪切速率增加而降低，表现出典型的剪切稀化行为，其中HPS-DRP在高、低剪切区均可保持相对高粘度，且剪切稀化斜率更平缓，表现出更优越的剪切稳定性。B-C图为动态流变行为：无论是CS或HPS，在加入DRP后，溶液的G′ > G″（即tan δ < 1），表现为弹性主导的典型弱凝胶行为，其中HPS-DRP组的G′最高且频率依赖性弱，表明DRP与HPS分子间通过氢键形成了更强的相互作用力，显著改善了成膜溶液的粘弹性能。

Fig. 3. SEM images of DRP and hydroxypropyl modified starch films. (A–D) Surface morphology of CS, CS-DRP, HPS and HPS-DRP. (E–H) Cross-sectional morphology of CS, CS-DRP, HPS and HPS-DRP. The arrows point to crystal particles.

图3内容说明： 该图展示了不同薄膜的表面与横截面微观形貌。A-D图为表面图像：CS薄膜表面粗糙，可见明显的小不规则颗粒；HPS薄膜表面光滑但不平整，存在松散分布的颗粒物；添加DRP后，CS-DRP薄膜表面颗粒显著减少趋于光滑，HPS-DRP组表面更为均一平整，相容性良好，几乎观察不到颗粒。E-H图为横截面图像：CS和HPS组横截面相对平整但存在细微裂纹和缺陷；CS-DRP和HPS-DRP复合薄膜横截面呈现出更均匀、连续的致密结构，无明显的相分离或聚集现象，表明薄膜组分间相容性良好。

Fig. 4. ATR-FTIR spectra of CS, CS-DRP, HPS, HPS-DRP film.

图4内容说明： 该图展示了各组薄膜的ATR-FTIR光谱。各组薄膜在3300 cm-1附近均出现宽而强的O–H伸缩振动吸收峰，2920 cm-1附近为C–H伸缩振动峰，1647 cm-1附近为O–H的弯曲振动峰，1079 cm-1附近的吸收峰归属于C–O–C的不对称伸缩振动，1019 cm-1附近的强峰对应C–O伸缩振动。所有薄膜均未出现新的特征吸收峰，表明成膜过程中淀粉和DRP并未发生共价相互作用。引入DRP后，薄膜在3300 cm-1附近的O–H伸缩振动吸收峰向低波数方向位移，其中HPS-DRP薄膜的移动幅度最为显著（约8.3 cm-1），表明HPS和DRP之间形成了更强的氢键网络。

Fig. 5. XRD patterns of CS, CS-DRP, HPS and HPS-DRP films.

图5内容说明： 该图展示了各组薄膜的XRD图谱。所有薄膜整体均呈现出宽阔的无定形区域。CS在17°、19°、21°和23°处有较小的衍射峰，表明糊化处理破坏了晶体结构。经羟丙基改性后，HPS薄膜的衍射峰进一步减弱或消失，相对结晶度从9.87 %下降到6.41 %。无论是CS还是HPS，添加DRP后薄膜没有出现新的衍射峰，表明DRP与淀粉之间相容性良好。然而，CS-DRP和HPS-DRP组的氢键作用增强限制了分子链的运动，衍射峰强度和相对结晶度显著降低，其中HPS-DRP组相对结晶度的下降幅度明显大于CS-DRP组。

Fig. 6. The appearances of CS, CS-DRP, HPS, and HPS-DRP films.

图6内容说明： 该图展示了各组薄膜的外观照片。所有薄膜均清晰透明，表面总体完整。羟丙基改性对薄膜颜色外观影响很小。与CS和HPS相比，添加DRP后薄膜的透明度和均匀性得到改善，其中HPS-DRP薄膜的外观最为清晰均一，这与DRP改善薄膜表面均匀性以减少光散射有关。

Fig. 7. Physical properties of CS, CS-DRP, HPS and HPS-DRP films. (A) Thickness; (B) Opacity; (C) Moisture content (MC); (D) Water solubility (WS); (E) Water vapor permeability (WVP) and oxygen permeability (OP); (F) Tensile strength (TS) and Elongation at break (EAB). The mean ±SD of three separate determinations is used to quote the results. Significant differences between groups (p<0.5）are indicated by different letters in a-d/A-D.

图7内容说明： 该图展示了各组薄膜的基本理化性能。A图为厚度：CS-DRP比CS薄膜厚约22.2 %，HPS-DRP比HPS薄膜厚约14.5 %，DRP的引入增加了薄膜厚度。B图为不透明度：DRP的掺入显著降低了CS和HPS薄膜的不透明度（p< 0.05），其中HPS-DRP组的不透明度最低。C-D图为水分含量和水溶性：HPS-DRP的水分含量和水溶性分别由24.47 %和60.1 %下降至15.27 %和24.20 %，表明DRP的掺入显著改善了薄膜的耐水性。E图为阻隔性能：HPS-DRP组的WVP最低（5.63×10 -10 g·m-1·s-1·Pa -1），OP也显著降至3.36×10 -10  g·m-1·s-1·Pa -1 ，阻隔性能最佳。F图为机械性能：HPS-DRP的TS达4.550 MPa，EAB为86.810 %，力学性能最佳。

Fig. 8. (A) TGA and (B) DTG curves of CS, CS-DRP, HPS, and HPS-DRP films.

图8内容说明： 该图展示了各组薄膜的热重分析结果。A图为TGA曲线：所有样品均呈现三个失重阶段，第一阶段（25–150 ℃）归因于水分蒸发，第二阶段（150–350 ℃）为主链降解，第三阶段（350–600 ℃）与碳化有关。HPS组和HPS-DRP组的最终残重率分别为17.5 %和21.87 %，远高于CS组（8.22 %），表明DRP的加入提高了热稳定性。B图为DTG曲线：CS组的T max为307.8 ℃，HPS组降低至290 ℃，而HPS-DRP组的T max向高温转移至314 ℃，且在200 ℃附近的热降解速率明显减缓，进一步证实了DRP的加入增强了薄膜的热稳定性。

Fig. 9. Eugenol loading ability and antibacterial activity of CS, CS-DRP, HPS, and HPS-DRP films. (A) Loading capacity; (B) Retention rate; (C) Cumulative release curve of eugenol; (D) Size of inhibition zone; (E) Normalized inhibition zone values. a–d/A–D: Different letters indicate significant differences among each group (p < 0.05).

图9内容说明： 该图展示了不同薄膜对丁香酚的负载、保留、释放行为及抗菌活性。A-B图为负载量与保留率：HPS-DRP-E的负载量最高（25.12 %），保留率为47.29 %。C图为释放曲线：所有薄膜均呈现前期快速释放、48 h后释放变缓的特征，其中HPS-DRP-E薄膜的释放最为缓慢，表明HPS与DRP之间的氢键增加了丁香酚的扩散路径以实现缓释。D-E图为抗菌活性：所有负载丁香酚的薄膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均形成清晰的抑菌圈，其中HPS-DRP-E薄膜表现出最强的抗菌活性，标准化抑菌圈值分别为62.26 %和58.62 %。

Fig. 10. Effects of different films on strawberries appearance.

图10内容说明： 该图展示了不同薄膜包裹的草莓在贮藏7天期间的感官品质变化。空白对照组的草莓因直接暴露在空气中迅速失水并皱缩；PE组由于密闭高湿环境，于贮藏第五天出现严重褐变甚至腐烂；CS-E、CS-DRP-E和HPS-E组出现不同程度的失水及色素流失。相比之下，HPS-DRP-E组的草莓在整个贮藏期间保持了较好的原始形态，这可能与DRP的加入赋予薄膜更致密的结构以增强屏障性能，以及丁香酚的有效负载赋予薄膜优异的抗菌性能有关。

Fig. 11. Effects of different films on the storage quality of strawberries. At 0, 1, 3, 5, and 7 days of storage, three strawberries were randomly selected at each time point for analysis (n = 3). (A) Weight loss; (B) Firmness; (C) pH; (D) Titratable acidity (TA); (E) Total soluble solids (TSS); (F) Total viable count (TVC). Two-way ANOVA revealed significant main effects of treatment and storage time, as well as their interaction (p < 0.001). Different letters indicate significant differences among film groups on day 7 (a–f, p < 0.05).

图11内容说明： 该图展示了不同薄膜对草莓贮藏品质的影响。A图为减重率：至第7天，对照组减重率达18.4 %，而HPS-DRP-E组仅为9.8 %，显著低于其他各组（p< 0.05）。B图为硬度：HPS-DRP-E组保持了相对较高的硬度，与感官观察结果一致。C-E图为风味指标（pH、TA、TSS）：各组均呈pH上升、TA和TSS下降的趋势，HPS-DRP-E组的变化幅度最小。F图为菌落总数：至第7天，对照组的菌落总数高达2.88 log CFU/g，而HPS-DRP-E组仅为1.33 log CFU/g，证实了负载丁香酚的HPS-DRP薄膜在保鲜过程中可持续发挥抗菌活性以减轻微生物侵染，延长草莓货架期。

四、研究结论

本研究将DRP应用于HPS基质中，构建了一种兼具力学性能、阻隔性能和热稳定性的新型生物活性薄膜。SEM和ATR-FTIR光谱分析表明，DRP与HPS之间主要通过氢键作用展现了优异的相容性，为提升薄膜机械强度并降低水蒸气渗透率奠定了分子基础。XRD的结果进一步证实了羟丙基的引入破坏了淀粉的有序排列，为DRP与薄膜分子间的相互作用提供了更多潜在的结合位点。TGA分析表明，DRP的掺入显著提高了薄膜的热分解残留率，增强了热稳定性。此外，HPS-DRP薄膜可作为丁香酚的高效负载体系，对S. aureus 和E. coli具有显著抑制效果。应用于草莓保鲜后还可有效延缓果实失重、维持品质并抑制微生物生长，延长货架期。本研究系统阐明了DRP对羟丙基淀粉成膜行为和性能的影响机制，但关于DRP浓度及增塑剂含量对薄膜性能的调控规律，以及丁香酚的释放动力学及其在冷藏条件下的保鲜效果仍有待深入探索，这是为进一步推动HPS-DRP体系在抗菌保鲜薄膜领域的实际应用转化，并为高性能可生物降解活性包装材料提供合理的设计依据。

原文链接：https://10.1016/j.ijbiomac.2026.154604