导读：针对浆果类果蔬储运易受机械损伤与微生物污染的行业痛点，科研团队以壳聚糖为基底，结合蒙脱土、丁香精油与纳米纤维素固载铜粒子，开发出兼具缓冲防护与长效保鲜功能的气凝胶包装材料。该材料通过结构优化实现优异的抗压回弹性能，同时搭载的活性组分可缓慢释放，发挥持久抗菌与抗氧化作用。在蓝莓的模拟储运与贮藏实验中，这款复合气凝胶包装有效降低果实损伤与腐烂程度，延缓品质劣变，且经检测具备良好的生物安全性，为易腐果蔬的绿色储运包装研发提供了全新的技术思路与实践参考。
研究背景
在全球食品消费结构中，新鲜果蔬是保障居民营养摄入的核心品类，其中蓝莓、草莓等浆果类果实因口感清甜、营养丰富，市场需求持续攀升。但这类果蔬的组织结构柔嫩、水分含量高，在采收、装卸、运输等环节极易受到挤压、碰撞、振动等机械外力破坏，一旦出现表皮破损，不仅会失去商品价值，还会成为微生物入侵的通道，加速果实腐烂变质，造成巨大的产后损失。
传统的食品缓冲包装多以石油基塑料为主，虽然具备一定的防护效果，但难以生物降解，大量使用后会对土壤、水体等生态环境造成不可逆的污染，与当下全球倡导的绿色低碳、可持续发展理念相悖。同时，普通包装仅能实现物理防护，不具备抗菌、抗氧化等保鲜功能，无法从根源上解决果蔬采后腐败的问题，行业亟需一种兼具缓冲、保鲜、环保三重优势的新型包装材料。
气凝胶因具备轻质、高孔隙率、高比表面积等特性，在缓冲吸能领域展现出巨大应用潜力，而壳聚糖作为天然生物质材料，兼具生物降解性、生物相容性与广谱抗菌性，是制备绿色包装的理想原料。但纯壳聚糖气凝胶存在机械强度不足、抗菌抗氧化性能单一等缺陷，难以满足果蔬储运的复杂需求。如何通过材料复合改性，弥补纯壳聚糖气凝胶的性能短板，打造多功能一体化的缓冲保鲜包装，成为食品包装领域亟待突破的关键课题。
核心内容 
（一）多功能复合气凝胶的设计与制备
该研究围绕 “缓冲 + 保鲜” 双核心需求，构建了多层级复合体系。以壳聚糖作为基体材料，赋予包装基础的生物安全性与抗菌性；选用蒙脱土作为改性组分，提升气凝胶的机械强度与结构稳定性，同时利用其层状结构实现丁香精油的负载与控释；借助纳米纤维素的高活性位点，实现铜纳米粒子的稳定固载，避免粒子聚集失效，最终通过冷冻干燥工艺制备出集缓冲、抗菌、抗氧化于一体的复合气凝胶包装。
制备过程中，研究团队通过材料配比与工艺优化，让各组分之间形成协同作用：蒙脱土与壳聚糖通过氢键交联，优化气凝胶的多孔结构；纳米纤维素发挥 “桥梁” 作用，进一步强化材料的力学性能；丁香精油与铜纳米粒子作为活性核心，分别承担抗氧化与广谱抗菌功能，且在载体作用下实现缓慢释放，保障保鲜效果的持久性。
（二）包装性能与果蔬保鲜效果验证
研究团队通过多组实验对复合气凝胶的性能进行全面评估，结果显示，该材料具备出色的压缩回弹能力，历经多次循环挤压后仍能保持结构完整，可有效吸收储运过程中的机械冲击力，保护果蔬免受损伤。同时，材料搭载的活性组分能持续发挥作用，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等致病菌以及根霉、链格孢等致腐真菌均表现出显著的抑制效果，抗氧化能力也处于较高水平。
在蓝莓的实际应用实验中，经复合气凝胶包装防护的果实，在模拟运输振动后无明显机械损伤，在常温贮藏条件下，失重率、腐烂率、细胞膜破损程度均显著低于对照组，花青素、总酚、维生素 C 等营养物质的保留率更高，风味物质的劣变进程也得到有效延缓，果实的货架期得到明显延长，充分验证了该包装的实用价值。
亮点价值
（一）技术创新亮点
相较于传统单一功能包装，该研究最大的突破在于实现了缓冲防护与活性保鲜的一体化融合，打破了 “物理防护” 与 “化学保鲜” 分离的行业现状。通过生物质材料与纳米改性技术的结合，解决了纯壳聚糖气凝胶机械强度不足、活性成分易挥发失效的行业难题，所制备的气凝胶兼具高回弹、长效抗菌、可控释、可降解四大核心优势，性能远超单一壳聚糖气凝胶。
同时，该研究采用绿色制备工艺，全程以环保型试剂为原料，无有毒有害物质添加，且通过载体固载技术实现活性成分的精准控释，既避免了活性物质快速损耗，又降低了纳米粒子向食品迁移的风险，在技术安全性与环保性上实现双重升级，为生物质气凝胶在食品包装领域的应用提供了可复制的改性思路。
（二）科学与产业应用价值
从科学研究角度，该研究完善了生物质复合气凝胶的结构 - 性能关系理论，明确了蒙脱土、纳米纤维素等组分对壳聚糖气凝胶的改性机制，揭示了活性成分控释与果蔬保鲜的内在关联，为食品包装材料的多功能化设计提供了重要的理论支撑，丰富了食品活性包装与缓冲包装的研究体系。
从产业应用角度，这款复合气凝胶包装可直接应用于蓝莓、草莓、樱桃等各类易损浆果及软质果蔬的储运，能大幅降低产后损失，提升果蔬商品价值。同时，材料可完全生物降解，替代传统塑料缓冲包装后，可有效减少塑料污染，契合食品行业绿色转型的发展趋势，具备规模化生产与市场化推广的巨大潜力。
图文赏析 
图 1. MMT@CEO 的制备流程 (a)、MMT 的 SEM 图像 (b) 与 MMT@CEO 的 SEM 图像 (c)、MMT 及 MMT@CEO 的 FT-IR 图谱 (d)、MMT 及 MMT@CEO 的 Zeta 电位 (e)；TNF‑CuNPs 的制备流程 (f)、紫外吸收谱 (g)、XRD 图谱 (h) 与 FT-IR 图谱 (i)；TNF‑CuNPs 的 TEM 图像 (j‑k)；暗场像中 CuNPs 的氧元素与铜元素分布 (l‑m)。
图 2. CMC‑Cu 气凝胶的制备流程 (a)；CS、CM、CMC 及 CMC‑Cu 的扫描电镜图像 (b‑e)；氮气吸附‑脱附等温线 (f) 与 CMC‑Cu 的孔径分布 (g)；CS、CM、CMC 及 CMC‑Cu 的 XPS 光谱：全谱图 (h)、N₁ₛ(i)、O₁ₛ(j) 与 Si₂ₚ(k) 谱图；CMC‑Cu 的 Cu₂ₚ XPS 光谱 (l)；CS、CM、CMC 及 CMC‑Cu 的傅里叶变换红外光谱 (m) 与 X 射线衍射图谱 (n)。图 5. 20℃贮藏条件下不同组别（CK、CS、CMC、CMC‑Cu）对蓝莓品质影响的外观图（a）；贮藏期间蓝莓的品质变化：失重率（b）、腐烂率（c）、细胞膜渗透率（d），以及 CK 组与 CMC‑Cu 组蓝莓在贮藏期间抗坏血酸（ASA）（e）、可溶性蛋白（f）、花青素（g）、总酚（h）、类黄酮（i）、丙二醛（MDA）含量（j）的变化。图 7. 对照组（CK）与 CMC‑Cu 组蓝莓中的铜含量（a）；蓝莓中铜含量的测定流程（b）；成纤维细胞（c）与内皮细胞（e）的活 / 死细胞染色图；PBS、CS、CMC 及 CMC‑Cu 对成纤维细胞（d）与内皮细胞（f）存活率的影响；成纤维细胞（g）与内皮细胞（h）的凋亡分析。
结论展望
该研究立足食品包装行业的环保与保鲜双重需求，成功开发出一款基于壳聚糖的多功能气凝胶缓冲保鲜包装，通过材料复合改性实现了机械性能与活性功能的协同提升，在蓝莓保鲜实验中展现出优异的防护与保鲜效果，且生物安全性达标，是食品活性缓冲包装领域的一项重要创新成果。这项研究不仅解决了浆果储运易损易腐的实际问题，更验证了生物质气凝胶在高端食品包装领域的应用可行性，为行业绿色升级提供了切实可行的技术方案。
未来，该研究可向产业化与多元化方向进一步拓展：一方面可优化制备工艺，降低原材料与生产成本，提升材料的规模化生产效率，推动实验室成果向工业生产转化；另一方面可拓展包装的应用场景，针对不同种类果蔬的生理特性，调整活性组分与结构参数，开发定制化的缓冲保鲜包装。此外，还可结合智能包装技术，赋予气凝胶包装品质监测功能，实现果蔬储运状态的实时反馈，进一步推动食品包装向智能化、绿色化、多功能化方向发展。
郑永华：南京农业大学食品科学技术学院教授，博士生导师。研究方向：农产品保鲜加工和品质控制。金鹏：南京农业大学食品科学技术学院教授，博士生导师。研究方向：果蔬采后生物学、果蔬保鲜技术、农产品贮藏加工与品质控制。吴正国：南京农业大学食品科学技术学院副教授，硕士生导师。研究方向：生物质基纳米复合抗菌材料、食品贮藏与保鲜、智能食品包装、3D打印技术。
国家重点研发计划项目（编号：2024YFD2100102、2021YFD2100502-4）
江苏省自然科学基金项目（编号：BK20231476）
中央高校基本科研业务费专项资金项目（编号：KJYQ202501）
https://doi.org/10.1016/j.jare.2025.08.054
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