pH响应型细菌纤维素Pickering乳液薄膜：乳液浓度与液滴尺寸对智能包装性能的调控机制

【编辑推荐】针对蛋白类食品在腐败过程中pH升高导致传统包装失效的问题，研究人员通过改性细菌纤维素（BC）制备了带负电的BC-COOH和带正电的BC-PEI两种纳米颗粒，构建了具有pH响应特性的Pickering乳液（PE-COOH/PE-PEI），并开发了海藻酸钠（SA）基复合薄膜（EC/EP）。研究发现，EP3薄膜在碱性环境（pH 10.0）下活性物质释放量提升76.0%，兼具92.4%的UV阻隔效率和抗氧化性能，为高蛋白食品智能包装提供了新策略。

　　

在海鲜和肉类食品的储存过程中，蛋白质降解会产生挥发性胺类物质，导致包装内pH值从中性升至弱碱性。传统指示型包装仅能监测而无法调控这一过程，而现有pH响应薄膜多针对酸性环境设计，对碱性环境的适应性研究几乎空白。更棘手的是，微生物发酵副产物细菌纤维素（BC）的资源化利用难题与食品包装功能化需求形成矛盾——如何将废弃BC转化为智能包装材料，成为食品科学领域亟待突破的瓶颈。

针对这一系列挑战，南昌大学的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表了一项创新研究。他们通过TEMPO氧化法将BC改性为带羧基的BC-COOH，再嫁接聚乙烯亚胺（PEI）获得带正电的BC-PEI，利用这两种纳米颗粒稳定牛至精油（OEO）Pickering乳液，最终构建出能感知碱性环境并智能释放活性物质的海藻酸钠复合薄膜。

研究团队运用了四项关键技术：①原子力显微镜（AFM）表征纳米颗粒形貌；②激光粒度仪测定乳液液滴尺寸（320.56 nm~6.46 μm）和zeta电位（-45.16 mV~+54.96 mV）；③扫描电镜（SEM）观察薄膜微观结构；④紫外分光光度法评估薄膜在280 nm波段的UV阻隔率（92.4%）。

研究结果

1. 乳液特性差异：BC-COOH稳定的PE-COOH液滴较大（6.46 μm）且带负电（-45.16 mV），而BC-PEI稳定的PE-PEI液滴更小（320.56 nm）且带正电（+54.96 mV），这种电性差异为pH响应奠定基础。

2. 薄膜性能优化：当PE-PEI添加量达15%（EP3）时，薄膜呈现无孔致密结构，与SA基质相容性最佳。但机械性能有所牺牲，拉伸强度和断裂伸长率分别下降15.72%和57.90%。

3. pH响应机制：在pH 10.0环境下，PE-PEI液滴粒径暴增至6663.33 nm，zeta电位降至37.43 mV，触发OEO释放——累计释放量达0.308 μL/mg，较中性环境提升76.0%。

结论与意义
该研究首次将PEI改性BC应用于食品包装领域，创建的"纳米颗粒电性反转-液滴聚集-活性释放"响应通路，突破了传统薄膜仅在酸性环境响应的局限。特别是EP3薄膜在碱性条件下展现的智能释放特性，为海鲜等易腐败食品提供了"监测-调控"一体化的解决方案。虽然机械性能下降有待改进，但其92.4%的UV阻隔率和显著抗氧化性，标志着废弃BC资源在高端食品包装中的成功升级利用。这项研究为开发下一代环境响应型智能包装提供了理论框架和技术原型。