一种基于卡拉胶/海藻酸盐和Ruellia simplex提取物的可持续、可生物降解且对pH值敏感的比色包装膜，用于肉类保鲜和变质监测

《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》：Sustainable, biodegradable and pH-sensitive colorimetric packaging film based on carrageenan/alginate and Ruellia simplex extract for meat preservation and spoilage monitoring

智能食品包装薄膜的制备及其功能特性研究。通过简单薄膜铸造法合成褐藻胶、角叉菜胶与Ruellia simplex花提取物复合薄膜，证实其具备pH响应变色（pH 1-14）、高拉伸性（21.4%±0.8%延伸率）、抗菌抗氧化（93.0% DPPH清除率）及优异生物降解性（水30天降解50%，土壤2天60%降解）。该材料可实时监测肉类pH变化，替代传统石油基塑料。

　　随着全球对可持续发展的重视，食品包装行业正在经历一场深刻的变革。传统的石油基塑料因其轻便、透明和优异的阻隔性能，长期以来一直是食品包装的主要材料。然而，这些材料在使用过程中会产生大量的不可降解废弃物，并导致微塑料在生态环境中的积累，这对环境和人类健康构成了威胁。因此，寻找一种环保且具有功能性的替代材料，成为食品包装研究的一个重要方向。在这一背景下，生物聚合物因其可降解性、无毒性和良好的机械性能，被广泛认为是石油基塑料的潜在替代品。

本研究提出了一种基于生物聚合物的智能包装材料，该材料由海藻酸、κ-卡拉胶以及从*ruellia simplex*花中提取的天然成分组成。这种材料不仅具有较高的柔韧性，还能够作为天然的抗氧化剂和抗菌剂，从而延长食品的保质期。更重要的是，该材料能够根据pH值的变化呈现出颜色变化，这一特性使其能够作为食品腐败的指示器。例如，在肉类腐败过程中，pH值会因细菌活动而发生变化，而这种变化可以被包装材料中的花提取物所感知，并通过颜色变化直观地反映出来。

此外，该包装材料在水中的降解速度较快，仅需30天即可降解50%，而在土壤中则能在两天内降解60%。这种快速降解的特性不仅符合环保需求，还减少了对环境的负担。同时，由于其完全由天然成分构成，降解后的产物对人体和生态环境无害，符合当前全球推动可持续发展的趋势。因此，这种基于生物聚合物的智能包装材料不仅在功能上优于传统材料，而且在环保方面也表现出色。

在研究过程中，首先对*ruellia simplex*花的提取物进行了生物活性分析，以确定其是否适合用于食品包装。通过使用FTIR和UV-Vis光谱分析，研究团队发现该提取物含有丰富的多酚类化合物，这些化合物具有较强的抗氧化和抗菌能力。此外，通过颜色变化的实验，研究人员验证了该提取物在不同pH条件下能够呈现出不同的颜色，这一特性使其能够作为食品腐败的指示器。在实际应用中，这种颜色变化可以被消费者直观地观察到，从而帮助判断食品是否仍然安全。

在材料制备方面，研究团队采用了简单的薄膜铸造法，将海藻酸和κ-卡拉胶溶解在去离子水中，并加入一定量的甘油作为增塑剂。甘油的加入不仅提高了薄膜的柔韧性，还增强了其抗冻性能。同时，从*ruellia simplex*花中提取的成分在薄膜中起到了关键的交联作用，使薄膜具有更好的机械性能和结构稳定性。通过实验发现，与不含提取物的CA薄膜相比，含有提取物的CA/RE薄膜在抗拉强度、弹性模量和韧性等方面表现更为优异。

为了进一步评估该包装材料的性能，研究团队还对其表面能、接触角、抗菌和抗氧化能力进行了详细分析。表面能的测定表明，CA/RE薄膜具有更高的表面能，这使其更能够抵抗细菌的附着和渗透。抗菌实验显示，含有提取物的CA/RE薄膜在抑制细菌生长方面表现出色，尤其是在对抗革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌方面。此外，通过UV-Vis光谱分析，研究团队发现该薄膜具有较强的紫外线屏蔽能力，这有助于防止紫外线对食品的破坏，延长其保质期。

在食品包装的保质期测试中，研究团队使用了CA/RE薄膜包裹新鲜猪肉，并在72小时内监测其颜色变化和重量损失。结果表明，CA/RE薄膜能够准确地反映猪肉的腐败过程，其颜色从紫色逐渐变为黄色，这一变化与pH值的升高密切相关。相比之下，传统的PE薄膜和CA薄膜未能提供明显的腐败指示。此外，CA/RE薄膜在抑制细菌生长方面表现出色，有效降低了肉类腐败的速度。

研究团队还对CA/RE薄膜的降解性能进行了评估，分别在水和土壤中进行了实验。在水中，CA/RE薄膜在30天内降解了50%，而在土壤中则在两天内降解了60%。这种快速的降解能力不仅表明了其环保性，还验证了其在实际应用中的可行性。同时，研究团队还发现，该薄膜的降解过程受到环境因素的影响，例如温度、湿度和pH值，这些因素在一定程度上决定了其降解的速度和程度。

总的来说，这项研究开发了一种基于生物聚合物的多功能智能食品包装材料，该材料不仅能够作为食品腐败的指示器，还具有抗菌、抗氧化和紫外线屏蔽等特性。此外，该材料在水和土壤中的快速降解能力，使其在环保方面具有显著优势。通过实验数据的分析，研究团队发现该材料在多个方面都优于传统材料，包括其机械性能、表面特性以及生物活性。这些发现不仅为食品包装领域提供了新的思路，还为可持续发展的实践提供了有力的支持。

本研究的成果表明，基于生物聚合物的智能包装材料是一种具有广泛应用前景的创新解决方案。这些材料能够有效延长食品的保质期，同时减少对环境的污染。此外，其天然成分的使用不仅保证了食品的安全性，还符合现代食品工业对环保和可持续发展的要求。因此，这种新型包装材料有望在未来食品包装领域发挥重要作用，并为减少塑料污染提供新的技术路径。