J. Future Foods | 具有超疏水和高保鲜效果的毛竹表面功能涂层：以香蕉为例

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Introduction

水果成熟过程中产生的乙烯可以进一步加速水果成熟。与非跃变型水果相比，跃变型水果对环境中的乙烯更敏感。去除乙烯可以有效延长跃变型水果的保质期，从而减少水果的浪费。

KMnO4是一种有效的乙烯清除剂，通常被载于微孔矿物颗粒上，并置于小袋中，以避免与包装内的食物直接接触。基于KMnO4的C2H4清除剂常与改性气氛包装结合使用。然而，目前这些产品尚未大规模生产并广泛应用于食品包装领域，这可能是由于其加工方法复杂、生产成本高、不适合大规模生产。

湖南工业大学杜娟博士（第一作者）、袁志庆教授（通信作者）等通过简单的两步法将超疏水技术与乙烯清除技术相结合，减少了香蕉的水分流失，清除了香蕉成熟过程中产生的乙烯，最终大幅延长了香蕉保质期。在这项研究中，使用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和水接触角仪器（WCA）评估了涂层的乙烯去除机理。通过电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）评估了涂层的安全性。从香蕉外观、质量、含糖量和硬度等方面分析了涂层的保鲜性能。

图1 制备流程示意图

Results

香蕉的表观、糖度、硬度及质量变化

如图2B1～B2所示，密封贮藏15 d后，对照组香蕉的褐变率最高（96%），呈棕黑色。超疏水毛竹（SHB）组的香蕉的褐变率为63%，呈亮黄色，在较小的褐变区域的表面出现褐变（图2C1～C2）。高锰酸钾处理的毛竹（KB）组香蕉的褐变率为52%，低于对照组和SHB组，但高于SHKB组。超疏水乙烯清除的毛竹（SHKB）的褐变率在所有组中最低，仅为13%，比对照组降低了86.5%（图2a）。目前，市场上的香蕉保鲜方法通常将香蕉的保质期延长3～5 d，而本研究可以将香蕉的货架期延长15 d。SHKB显著延长了香蕉的保质期。

图2 不同样品中香蕉褐变率（A）、对照组（B1～B2）、不同KMnO4浓度处理组（C～F）香蕉分别在第1、15天的表观图

如图3A所示，干净的毛竹（CB）组香蕉的含糖量从16.1°增加至18.3°，增加了13.66%。SHB的香蕉含糖量从16.1°增加至17.2°，增加了6.8%。KB组香蕉的糖度呈上升趋势，从16.1°增加至16.8°，增加了4.3%。与其他3 组相比，SHKB组的糖度变化最小，仅从16.1°增加至16.4°，增加了1.8%。

图3 CB、KB、SHB和SHKB的糖含量（A）、硬度（B）和质量损失率（C）变化

如图3B所示，CB组香蕉的硬度显著降低，从2.71 kg降低至0.46 kg，降低了83%，香蕉几乎腐烂。SHB的香蕉硬度从2.71 kg降低至0.89 kg，降低了67%。KB组香蕉硬度呈下降趋势，从2.71 kg降至1.26 kg。与其他3 组相比，SHKB组香蕉的硬度变化最小，硬度从2.71 kg下降到1.76 kg，下降了35%。

如图3C所示，CB组的质量损失率为16.4%。KB组香蕉的质量损失率较低（10.71%）。与CB和KB组相比，SHB组的香蕉质量损失较小（5.25%）。与其他3 组相比，SHKB的质量损失率最低（3.45%）。

KMnO4特定迁移测试

表1显示了通过ICP-MS检测到的SHKB和对照组去离子水中的Mn和K含量。根据中国标准WS/T 578.2-2018和欧洲标准，SHKB去离子水中的锰和钾含量符合安全标准。因此，已经证实SHKB可用于食品接触材料。

表1 ICP-MS测定的不同样品中Mn和K元素的含量

Conclusion

本研究采用简单的两步法在毛竹块表面制备了一种具有超疏水性和防腐性能的涂层。将这种涂层应用于香蕉保鲜，将香蕉的货架期从3～5 d延长至15 d，明显减少了其褐变，质量和硬度损失大幅降低，糖度增幅减小。超疏水涂层和保鲜涂层的结合增强了香蕉的保鲜效果。

图4 香蕉保鲜机理示意图

第一作者

杜娟，工学博士，现为湖南汽车工程职业大学讲师，主要研究方向为食品保鲜包装；毛竹的功能化改性；天然生物质材料；食品接触材料中潜在危害物的检测与迁移。目前参与湖南省自然基金2 项，在国内外期刊公开发表学术论文10 篇，其中SCI收录8 篇。

通信作者

袁志庆，工学博士，2008年博士毕业于中南大学，2009—2011年在中国人民解放军国防科技大学材料科学与工程博士后科研流动站从事博士后研究。1999年参加工作，历任湖南工业大学包装工程系主任、东莞包装学院副院长、包装与材料工程学院副院长等职，2021年5月任湖南工业大学国家地方联合工程研究中心常务副主任。近年来，主持完成国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、湖南省科技计划项目、广东省部产学研结合项目、东莞市中小企业创新项目、长沙市科技计划重点项目等各类纵向项目10余项，主持完成企业委托的各类技术难题攻关项目30余项，帮助企业产生了较大的经济效益。主持获省部级科技进步奖3项，获授权发明专利20余项，发表SCI收录高水平论文30余篇。获国家教学成果二等奖1 项、湖南省教学成果一等奖1 项。研究方向：先进环保包装材料技术研究与开发。

Functional coating on Moso bamboo with superhydrophobic and high preservation effects: a case study of banana

Juan Dua, Kangli Yangb*, Zhiqing Yuana*, Zongming Liuac, Rui Hea, Shujuan Liua, Cancheng Lia, Shoutong Menga, Xuyu Longa, Qian Sua

a

National & Local Joint Engineering Research Center for Advanced Packaging Material and Technology, School of Packaging and Materials Engineering, School of Packaging Design & Art, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412007, China

b

Department of Teaching, Zhuzhou Central Hospital, Zhuzhou Affiliated Hospital of Xiangya Medical College, Central South University, Zhuzhou 412000, China

c

College of Art and Design, Shaanxi University of Science & Technology, Xi'an 412007, China

*Corresponding author.

Abstract

Inappropriate storage methods can shorten the shelf life of fruits, leading to fruit waste. Ethylene is an important factor affecting the shelf life of fruits. In this study, a coating with a good ethylene removal performance was prepared using a simple two-step method on Moso bamboo. The ethylene removal mechanism of the coating was evaluated using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), Fourier transform infrared (FTIR) spectra and water contact angle (WCA) analysis. The banana preservation performance of the coating was analyzed by observing the appearance, quality, sugar content, and hardness of the bananas. This preparation method is simple, cost-effective, and convenient for large-scale production and applications. The results showed that the coating significantly extended the shelf life of bananas and reduced their visible browning. This coating reduces the loss of banana quality and minimizes the increase in sugar content and decrease in hardness during banana decay. The combination of superhydrophobicity and the preservation coating further enhanced the preservation of bananas.

Reference:

DU J, YANG K L, YUAN Z Q , et al. Functional coating on Moso bamboo with superhydrophobic and high preservation effects: a case study of banana [J]. Journal of Future Food s, 2026, 6(1): 109-116. DOI : 10.1016/j.jfutfo.2024.04.007 .

文章翻译由作者团队提供

编辑：龚艺；责任编辑：梁安琪

封面图片来源：摄图网

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