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编辑：缪伊雯/ 主编：张大川、蒋羽鸽/ 学术顾问：寇兴然
西南大学钟金锋副教授：通过将双醛淀粉和花青素掺入大米蛋白/海藻酸钠改善pH响应膜的阻隔性、机械性能和抗氧化性能
《International Journal of Biological Macromolecules》(IF=7.7)
●近日，西南大学研究生朱惠妹为第一作者，钟金锋副教授为通讯作者，在国际权威期刊《International Journal of Biological Macromolecules》(IF=7.7)上在线发表了题为"Improved barrier, mechanical and antioxidant properties of pH-responsive film by incorporating dialdehyde starch and anthocyanins into rice protein/sodium alginate"的研究论文。
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成果介绍
关键词
大米蛋白/海藻酸钠膜；相互作用；双醛淀粉；阻水性能；pH响应
研究背景
天然生物聚合物膜由于其可再生性和生物降解性，可以有效缓解与石油基塑料膜相关的环境污染和安全问题。食品变质过程通常伴随着二氧化碳、有机酸和其他物质的产生，导致食品包装环境的pH值发生变化。基于天然生物聚合物开发的pH响应智能食品包装可以随着pH值的变化而显示出明显的颜色变化，以评估食品在储存过程中的新鲜度。花青素是智能包装膜最常使用的pH指示剂，黑果枸杞花青素（LRA）来源丰富、稳定性和pH敏感性好、在很宽的pH范围内具有变色功能，是用于制备智能包装膜的良好选择。
目前，智能食品包装膜大多是以蛋白质和多糖为膜基质制备的。然而，这些薄膜较差的水阻隔性能影响了其机械强度和高水分活度食品的长期储存。因此，研究制备具有优异阻水性能的智能膜有利于防止食品腐败。此外，蛋白质和多糖之间低程度的交联限制了薄膜机械强度和疏水性的提高。双醛淀粉 （DAS）是一种淀粉衍生物，具有良好的生物相容性、生物降解性和低成本。DAS 富含醛基，可与含有氨基的物质形成Schiff键和氢键。由此推测，DAS的加入可以提高大米蛋白/海藻酸钠（RP/SA）膜的阻隔性能和机械性能。
近年来，分子动力学 （MD） 模拟已成为模拟和分析多个分子之间详细分子间相互作用的重要技术，这为在微观层面上理解宏观特性提供了理论支持。因此，有望使用MD模拟在分子水平上探索DAS和RP/SA薄膜系统之间的相互作用以及RP/SA基薄膜功能特性的改善机制。
研究内容
本研究旨在通过实验和计算相结合的方法，将DAS作为交联剂掺入，研究对RP/SA复合薄膜的阻隔性和力学性能的影响。同时，LRA用于增强复合膜的抗氧化性能，并赋予RP/SA复合膜作为pH指标监测食品新鲜度的能力。研究首先探究了DAS和LRA含量对复合膜的阻隔性、力学、热稳定性和抗氧化性能的影响；然后通过扫描电子显微镜研究复合薄膜的微观形貌；FTIR、XRD和MD模拟用于分析薄膜基体成分之间的相互作用。最后，通过检测pH值变化，探索复合膜在贮藏过程中监测鲜切哈密瓜新鲜度的能力。
研究结果
通过添加DAS和LRA，成功制备了具有良好阻隔性、机械性能和抗氧化性能的RP/SA基pH响应膜。研究结果主要如下：
①当DAS含量从0%增加到20%时，复合膜的阻隔性（水、氧和紫外光）、热稳定性和力学性能显著提高。
②SEM观察到复合膜的微观结构更加连续和致密，FTIR、XRD和MD模拟结果显示含有DAS的复合膜形成了更多的分子间氢键和更强的静电相互作用，从而提高了复合膜的阻隔性能和力学性能。
③添加LRA显著增强了膜的抗氧化性，并使RP/SA/DAS10/LRA5膜在监测鲜切甜瓜新鲜度时由黄绿色变为红褐色，pH响应膜在鲜切哈密瓜储存过程中显示出明显的颜色变化。
本研究为RP/SA基材料在智能食品包装领域的应用提供了重要指导。
图文赏析
图1. DAS和LRA含量对复合膜颜色参数、外观和透光率的影响
图2. DAS和LRA含量对复合膜的拉伸强度、断裂伸长率、水蒸气透过率、水接触角、含水率、氧气阻隔性能以及热稳定性的影响
图3. 不同DAS含量和LRA含量制备的复合膜的FTIR光谱，RMSD(5和18ns时的代表性MD轨迹)，10~20ns之间的分子间氢键数，12.8ns时的分子间氢键数，RP/SA/LRA和RP/SA/DAS/LRA体系的能量贡献，以及不同DAS含量和LRA含量制备的复合膜的XRD图谱。
图4. LRA在不同缓冲溶液中的颜色和紫外可见光谱，复合膜在不同缓冲溶液中浸泡1min的颜色变化、DPPH自由基清除活性，以及聚乙烯薄膜(塑料袋)和RP/SA/DAS10/LRA5薄膜的生物降解性
图5.贮藏期间复合膜的外观变化、颜色参数，以及鲜切哈密瓜在贮藏期间的硬度、失重率、可溶性固形物含量和褐变度。
参考文献
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.136131
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