近日，大连工业大学食品学院侯红漫课题组在《International Journal of Biological Macromolecules》（Q1，IF=7.7）发表题为“Effects of quaternization sites and crossing methods on the slow-release and antibacterial effects of hydroxypropyltrimethyl ammonium chloride chitosan/dialdehyde chitosan-based film"的研究性论文。毕景然副教授为通讯作者，硕士研究生邱宇龙为第一作者。该研究得到了国家自然科学基金青年科学基金项目（32102050），辽宁省教育厅高校基本科研项目(LJK MZ20220875)的资助。
全文链接：
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.134683
研究背景
近年来，由于食品包装造成的环境污染日益增加，以及人们对食品安全问题的关注度逐日上升，生物聚合物食品包装的发展成为一个引人注目的研究领域。由于微生物污染、酶降解、氧化等原因，世界上约有三分之一的食物在整个供应过程中被浪费。因此，开发高效环保的食品包装来延长保质期对于减少食物浪费和保护环境至关重要。活性包装是指活性化合物在很长一段时间内不断扩散到食品环境中，从而维持一个适合食品保存的储存微环境，减少对化学防腐剂的需求。我们开发了一种抗菌食品活性包装膜，可以有效地装载和延缓nisin的释放。为了提高CS的生物相容性和抑菌性，我们分别在CS的C3位置修饰NH2和C6位置修饰OH，制备了季铵化壳聚糖，即N-HACC和O-HACC。同时，通过壳聚糖的氧化开环反应制备了双醛壳聚糖(DCS)，并将PA接枝到DCS上。通过HACC上的氨基与DCS上的醛基之间的席夫碱反应制备了N-HACC/DCS和O-HACC/DCS单交联膜。通过席夫碱反应和PA的自偶联制备了N-HACC/PA-g-DCS和O-HACC/PA-g-DCS双交联膜。为了分析CS季铵化位置和交联形式对膜的影响，对四种膜的形貌、化学结构、晶体学、力学性能和膨胀性能进行了测试。此外，还测试了nisin的加载能力和释放行为。为了解释膜的缓凝机理，分析了乳酸链球菌素的释放动力学。此外，还对HACC基膜的长期抗菌活性和食品保鲜能力进行了进一步的评价。
成果介绍
由于席夫碱键和儿茶酚-儿茶酚基团的存在，双交联膜比单交联膜具有更好的机械性能和缓释性能。特别是希夫碱作用位点较多的O-HACC形成的膜增强了膜的致密性和力学性能，有效地限制了水分子的扩散，有助于nisin的缓慢释放。此外，HACC/ DCS膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌也表现出良好的长期抗菌能力。双交联膜还能显著抑制三文鱼在贮藏过程中的TVBN、TBARS和TVC值，提高消费者的接受度。这些结果表明，HACC/PA-g-DCS双交联薄膜是用作食品保鲜活性包装材料的优秀候选者。然而，目前的双交联薄膜具有低透明度，这干扰了对被包装物体形态的观察。未来的研究可以探索如何提高膜的透明度，以达到美学和性能的双重效益。
成果介绍
由于席夫碱键和儿茶酚-儿茶酚基团的存在，双交联膜比单交联膜具有更好的机械性能和缓释性能。特别是希夫碱作用位点较多的O-HACC形成的膜增强了膜的致密性和力学性能，有效地限制了水分子的扩散，有助于nisin的缓慢释放。此外，HACC/ DCS膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌也表现出良好的长期抗菌能力。双交联膜还能显著抑制三文鱼在贮藏过程中的TVBN、TBARS和TVC值，提高消费者的接受度。这些结果表明，HACC/PA-g-DCS双交联薄膜是用作食品保鲜活性包装材料的优秀候选者。然而，目前的双交联薄膜具有低透明度，这干扰了对被包装物体形态的观察。未来的研究可以探索如何提高膜的透明度，以达到美学和性能的双重效益。
图形摘要
图1：单/双交联HACC/DCS薄膜形成机理
图2：四种薄膜的横截面形态：(a) N-HACC/DCS、(b) O-HACC/DCS、(c) N-HACC/PA-g-DCS 和 (d) O-HACC/PA-g-DCS。(e) 四种薄膜的傅立叶变换红外光谱、(f) X 射线衍射、(g) 流变特性、(h) 物理降解图、(i) 热重分析和 (j) 细胞毒性。
图3： 基于 HACC/DCS 的薄膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌特性。
图4： 使用双交联薄膜包装的三文鱼的保存评价，包括 (a) TVC、(b) TVBN、(c) TBARS、(d) 感官评价和 (e) 包装效果。
作者简介
邱宇龙（第一作者），大连工业大学食品学院2022级本硕贯通硕士研究生，导师侯红漫教授/毕景然副教授。曾荣获辽宁省政府奖学金，多次获得大连工业大学一等、二等、三等奖学金，荣获大连市优秀毕业生、大连工业大学三好学生、优秀学生干部称号。主要研究方向：改性壳聚糖凝胶的构建及其在食品领域中的应用。以第一作者在Carbohydrate Polymers、International Journal of Biological Macromolecules期刊发表SCI论文2篇。
毕景然（通讯作者），副教授，主要从事食品保鲜方向的研究工作。2021年获辽宁省普通高等学校教师教学大赛二等奖，多次带领学生荣获省级科创比赛奖励。先后主持国家自然科学基金青年科学基金等多项国家级、省级项目。以第一/通讯作者在ACS AMI、Carbohyd. Polym.、J. Agr. Food Chem.及Food Chem.等食品类TOP期刊发表SCI学术论文30余篇，ESI高被引用论文1篇；以第一发明人申请中国发明专利7件，授权3件。现担任辽宁省食品科学技术学会理事、辽宁省免疫学会疫苗和免疫健康分会委员、MDPI 客座编辑。
图文/邱宇龙 毕景然
排版/周雨霁 王艺霏
责编/李俊漳
审核/温成荣
