阜阳师范大学/农科院茶研所ACS Nano：茶多酚自组装纳米涂层，突破水果保鲜技术瓶颈

全球每年因水果腐败导致约5亿吨蔬果浪费，经济损失巨大。现有保鲜技术如打蜡、冷藏和气调包装存在能耗高、抗菌性不足及微塑料污染等问题。传统塑料包装缺乏抗氧化功能，而新兴生物质涂层又面临合成工艺复杂、生物安全性未验证等挑战。尤其高水分高糖类水果（如草莓、香蕉）易受微生物侵染和氧化褐变，亟需开发安全高效的保鲜方案。

阜阳师范大学韦兵副教授、中国农业科学院茶叶研究所张相春研究员、陈红平副研究员团队成功研发一种基于茶多酚-锌离子（TPZn）自组装的纳米复合涂层。该材料通过一步法合成，兼具抗菌、抗氧化、强附着力与保水性能。实验证实其能有效抑制细菌生物膜形成，使草莓保鲜期延长6天、香蕉延长8天，同时保持果实新鲜度和营养成分。多模型生物安全评估（细胞、斑马鱼、线虫、小鼠及豆芽）证实其优异生物相容性，为天然植物源保鲜材料设计提供新思路。

示意图1 TPZn纳米复合涂层的制备及水果保鲜机制示意图：(i) 抗菌；(ii) 抗氧化；(iii) 保水；(iv) 抑制生物膜。

图1（TPZn表征）：透射电镜显示TPZn纳米粒子呈球形（平均粒径4.4nm），分散性良好（图1b-c）。紫外光谱证实锌离子与茶多酚络合（图1e），X射线光电子能谱揭示锌以氧化锌形态存在并与多酚羟基配位（图1h-i）。涂层在培养皿表面形成致密薄膜（图1d），预示其成膜潜力。

图1 TPZn纳米复合涂层的表征。 (a) Zn²⁺、茶多酚（TP）和TPZn溶液照片；(b) TPZn的高分辨透射电镜（TEM）图像；(c) TPZn粒径分布（TEM分析）；(d) TPZn在培养皿表面干燥成膜；(e) TP与TPZn的紫外-可见吸收光谱；(f) TP与TPZn的傅里叶变换红外光谱；(g) Zn²⁺与TPZn的X射线衍射图谱；(h-i) TPZn的高分辨X射线光电子能谱：Zn 2p (h) 和 O 1s (i)。

图2（生物安全性）：斑马鱼胚胎在40μg/mL TPZn中36小时无形态异常（图2a），运动距离（图2c）与速度（图2d）与对照组无差异。小鼠红细胞溶血率趋近于零（图2e），线虫寿命未受影响（图2f）。豆芽实验显示0.4mg/mL TPZn处理组与清水组生长高度无显著差异（图2g-h），证实其植物相容性。

图2 TPZn涂层的生物相容性与安全性。 (a-d) 斑马鱼毒性实验：形态 (a)、运动轨迹 (b)、移动距离 (c)、游动速度 (d)；(e) 小鼠红细胞溶血实验；(f) 线虫寿命实验；(g-h) 豆芽生长实验（第15天照片 (h)，平均株高 (g)）。数据为均值±标准差，。

图3（体外抗菌）：TPZn对食源性致病菌呈剂量依赖性抑制。40μg/mL浓度下，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）存活率仅3.71%，金黄色葡萄球菌（S. aureus）为19.06%，铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）为20.82%（图3d-f）。平板菌落计数显示TPZn处理组菌落显著减少（图3g）。

图3 TPZn的体外抗菌活性。 (a-c) 不同浓度TPZn对MRSA、金黄色葡萄球菌（S. aureus）、铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）的生长曲线；(d-f) 7小时孵育后细菌存活率；(g) 溶液和平板抗菌效果照片。**p < 0.01, ***p < 0.001。

图4（抗生物膜与附着力）：接触角测试表明TPZn对香蕉皮（69.1°）和草莓（70.1°）表面亲和力强（图4a-b），但对苹果蜡质层附着力弱（>90°）。40μg/mL TPZn使细菌生物膜抑制率达80%以上（图4e-g），扫描电镜显示其破坏MRSA细胞壁结构（图4h）。蛋白质泄漏实验证实TPZn损伤细菌膜完整性（图4i-k）。

图4 TPZn抑制生物膜形成。 (a-b) TPZn在苹果、草莓、香蕉表面的接触角；(c) TPZn抑制生物膜形成示意图；(d-g) 未成熟生物膜的结晶紫染色（含定量分析）；(h) MRSA的扫描电镜图像；(i-k) TPZn处理后的细菌蛋白泄漏量。*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001。

图5-6（水果保鲜验证）：室温储存中，TPZn组香蕉8日内未褐变（图5a），草莓6日无腐败（图5b），失重率显著低于对照组（图5c,f）。TPZn处理的草莓硬度提高50%（图5g），维生素C和花青素保留率最高（图5h）。在4℃冷藏条件下，TPZn涂层草莓25天后仍保持外观饱满（图6e），失重率仅为对照组1/3（图6f）。

图5 TPZn对草莓香蕉的保鲜效果。 (a) 香蕉储存期间外观；(b) 草莓外观；(c) 香蕉失重率；(d-e) TPZn抗氧化能力（DPPH/ABTS自由基清除）；(f) 草莓失重率；(g) 草莓硬度；(h) 维生素C与花青素含量。*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001。

图6 TPZn在果表的抗菌/抗氧化/保水效果。 (a) 接种金黄色葡萄球菌的草莓储存外观；(b) 草莓失重率；(c) 果实硬度；(d) 维生素C与花青素含量；(e) 4℃冷藏草莓外观；(f) 冷藏失重率。*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001。

该研究开发的茶多酚-锌自组装涂层，通过抗菌、抗氧化、保水及抑制生物膜的多重协同机制，为水果保鲜提供了安全高效的解决方案。一步合成工艺与FDA批准原料的应用，为其产业化奠定了坚实基础，有望替代传统塑料包装与商业保鲜剂。

来源：高分子科学前沿

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