喷一件“仿生外衣”，水果多保鲜一周：Exploration报道食品保鲜新策略

水果在采后容易失水、变软、腐烂，为延长水果保鲜期，通常会给水果裹上一层保鲜膜，然而，传统塑料包装不易降解，容易造成污染，可降解材料在透气、抗菌等方面存在不足。为解决这一难题，梁翔禹团队研发出一种可直接喷在水果表面的仿生保鲜"外衣"，不仅兼具保鲜抑菌和环境友好，还能让樱桃、番茄等水果的保鲜期延长一周以上。

近日，中国农科院基因组所（大鹏湾实验室）梁翔禹团队联合重庆大学附属人民医院罗阳团队在《探索（Exploration）》上在线发表题为“A high-efficiency yet sustainable fresh-keeping strategy inspired by calyx of Physalis peruviana”的研究论文。该研究受天然灯笼果（Physalis peruviana）萼片结构启发，利用手持式电喷技术（HED），将聚己内酯、壳聚糖与沸石构建为可直接沉积于水果表面的多尺度纤维网络，实现“即喷即用”的原位包覆。该仿生保鲜层将天然萼片的多孔结构、气体调控与物理屏障功能转化为工程化设计，兼具透气调控、抗菌抗病毒、柔性贴合及全链条应用验证等优势，为果园采后处理、运输储存和终端消费中的即时保鲜提供了新路径。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/EXP.20250786

一图读懂

在全球食品浪费与塑料污染问题日益严峻的背景下，开发兼具高效保鲜能力与环境友好性的食品包装材料已成为材料科学与食品工程领域的重要研究方向。传统塑料包装虽具备良好的力学性能与阻隔能力，但其不可降解性带来了严重的生态负担；而现有可降解材料在透气性、抗菌性及实际应用性能方面仍存在不足。

图1 | 受灯笼果萼片结构启发的原位即时保鲜策略

在材料制备与结构优化方面（图2 a），研究系统分析了前驱液组成、电喷参数与纤维成形质量之间的关系（图2 b-k）。结果表明，适宜比例的沸石加入有助于提升喷射过程的稳定性，使液体在高压电场中形成连续均匀的纤维流，并最终构筑出层层堆叠、孔隙丰富的网络结构。表征结果进一步证明，沸石能够均匀分散在纤维内部（图2 l-o），并通过与聚合物之间的相互作用提升整体结构稳定性，使所得PCZ包覆层在微观尺度上表现出均一而有序的多级特征，为后续的透气保鲜和力学适配提供了结构基础。

图2 | PCZ保鲜膜的优化及多尺度结构特性

在性能层面，PCZ包覆层展现出面向实际包装应用的多重综合优势。一方面，该材料具有良好的延展性、韧性和抗穿刺能力（图3 a-d），能够较好适应水果表面的不规则曲率与复杂形貌，并在搬运、堆叠和运输过程中承受一定的机械扰动而不易失效，体现出作为柔性保鲜包覆层的结构适配性。另一方面，其仿生多尺度孔道结构结合沸石组分赋予材料优异的透气性、水汽传输能力和乙烯吸附性能，可在保证果实正常“呼吸”需求的同时，调控其周围微环境，减少乙烯积累对成熟衰老过程的加速作用，从而有效延缓果实品质劣变（图3 e-i）。此外，研究还表明该材料在使用后具有良好的环境归宿，可在自然土壤中于6个月内实现完全降解，而传统PE保鲜膜在相同条件下几乎无明显变化，显示出显著的生态友好性与可持续优势（图3 j-k）。这些结果说明，PCZ仿生保鲜层不仅在力学性能和保鲜功能上具备实际应用潜力，同时也兼顾了使用后的降解安全性，为替代传统一次性塑料包装提供了新的材料方案。

图3 | PCZ保鲜膜的性能和可生物降解性

研究团队进一步评估了PCZ保鲜膜的生物学功能，PCZ包覆层展现出显著的抗菌与抗病毒活性。实验显示，该材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有明显抑制作用，而纯PCL材料几乎不具备抑菌效果，说明壳聚糖组分在生物防护中发挥了关键作用（图4 a-d）。进一步的抗病毒测试表明，PCZ材料可显著降低烟草花叶病毒的活性和积累水平（图4 e-g）。与此同时，研究还通过植物萌发生长实验及相关安全性测试证明（图4 h-m），该材料在接触使用过程中未表现出明显毒性影响，说明其作为食品包装材料具有较好的生物安全基础。

图4 | PCZ膜的生物学评价

在实际保鲜效果验证中，研究团队选取了樱桃、番茄、香蕉和芒果等不同呼吸类型、不同成熟特征的代表性水果进行测试，以评估PCZ保鲜膜在多种真实应用场景中的适用性（图5 a）。结果表明，与未包覆处理相比，PCZ包覆后的水果在储藏过程中表现出更低的失重率、更稳定的颜色参数以及更高的硬度保持能力（图5 b-g），说明该材料能够有效减缓水分散失、组织软化和外观劣变。与此同时，研究还结合过氧化物酶（POD）活性和还原糖含量等生理指标进行分析（图5 h-i），发现PCZ保鲜膜可在一定程度上缓和果实采后代谢变化，减轻储藏应激带来的品质下降。整体来看（图5 j），该仿生保鲜层不仅能够延长水果货架期超过7天，还能在保鲜过程中更好地维持果实的商品性和食用品质，体现出较强的应用转化潜力。

图5 | PCZ保鲜膜的保鲜效果评估

最后，为进一步揭示PCZ保鲜膜发挥作用的内在机制，研究团队对樱桃储藏后的代谢变化进行了系统分析（图6 a-h）。结果显示，PCZ处理能够显著影响与能量代谢、抗氧化调控及品质维持相关的多条代谢通路，表明该材料并非仅依赖物理包覆实现保鲜，而是通过调节果实周围微环境，进一步影响其采后生理代谢过程，从分子层面延缓衰败发生。这一结果与前述表型和理化指标变化相互印证，进一步说明PCZ保鲜膜能够实现由外部包覆到内部代谢调控的多层次保鲜作用。与此同时，研究还结合生命周期评估方法，对该材料的环境影响进行了系统模拟（图6 i-j）。结果表明，相比传统塑料包装，PCZ保鲜膜在碳排放等关键环境指标上可降低约84.97%，体现出突出的可持续发展优势。也就是说，这种材料不仅能够“保鲜得更久”，也能够“降解得更快、污染更少”，为兼顾食品安全与生态友好的新型包装设计提供了重要参考。

图6 | PCZ包装的樱桃保鲜后代谢组学分析及环境影响模拟评估

综上，这项研究借鉴了灯笼果萼片兼具物理屏障与气体调控功能的天然保护结构，通过手持式电喷技术将聚己内酯、壳聚糖与沸石协同构筑，开发出一种兼具透气调湿、抗菌抗病毒和完全可降解特性的仿生食品保鲜膜，实现了对水果表面的原位包覆与即时保鲜。该保鲜膜不仅能够通过多尺度纤维网络调节果实周围的气体交换与水分传输，还可依靠沸石对乙烯的吸附作用延缓成熟衰败，并结合壳聚糖的生物防护功能有效抑制外源微生物污染，从而在维持果实色泽、硬度和品质相关指标的同时显著延长货架期。这一工作为基于天然结构启发的功能性仿生材料设计提供了新思路，有望推动新一代绿色、智能、可持续食品包装材料的开发与应用；尤其是在果蔬采后保鲜、冷链运输和终端消费包装等应用场景中，该策略展现出兼顾使用便捷性、保鲜效率与生态友好性的明显优势，并有望进一步拓展至生物医用包覆、可降解防护材料及功能界面工程等领域。

重庆大学附属人民医院赵月博士、基因组所（大鹏湾实验室）陆成邦科研助理（现为新加坡国立大学博士研究生）和香港中文大学柏效鹏博士（现为中山大学深圳校区助理教授）分别为该论文的共同第一作者。基因组所（大鹏湾实验室）梁翔禹研究员、重庆大学附属人民医院罗阳教授和张洪研究员为该论文的共同通讯作者。感谢华南理工大学孙桃林教授、中国农业科学院深圳农业基因组研究所王鑫杰研究员、中国农业科学院麻类研究所段盛文研究员、湘潭大学贺迎宁教授等对本研究工作的支持。

该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、湖南省国家自然科学基金、深圳市科技计划等项目的资助。感谢上海同步辐射装置、南方科技大学检测中心和深圳基因组所超级计算中心的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/EXP.20250786