基于二醛普鲁兰交联的壳聚糖/黑米花青素复合膜在虾新鲜度指示中的应用研究

为解决传统食品包装存在的微塑料迁移和化学添加剂风险问题，研究人员开发了以壳聚糖(CS)为基质、黑米花青素(BRA)为pH敏感显色剂、二醛普鲁兰(DAP)为交联剂的智能指示膜。研究发现DAP交联显著提升了CS/BRA膜的机械性能、疏水性和虾新鲜度指示准确性，为生物基智能包装材料开发提供了新思路。

　　

随着食品工业的发展，传统塑料包装带来的微塑料污染和化学添加剂迁移问题日益凸显。据研究显示，每年约有数百万吨不可降解的包装废弃物进入生态系统，不仅威胁人类健康，还造成严重的环境负担。在此背景下，开发可生物降解且具备智能监测功能的食品包装材料成为研究热点。其中，基于天然多糖和植物色素的智能指示膜因其环境友好性和实时监测能力备受关注。然而，现有壳聚糖/花青素(CS/anthocyanin)复合膜存在机械强度不足、高湿度环境下稳定性差等缺陷，严重制约其实际应用。

针对这一技术瓶颈，扬州大学的研究团队在《Food Chemistry》发表了创新性研究成果。该研究首次将二醛普鲁兰(DAP)作为大分子交联剂，用于改善壳聚糖/黑米花青素(CS/BRA)复合膜的性能。DAP是由普鲁兰多糖经高碘酸钠氧化制得的双醛基衍生物，其分子链上的醛基能与壳聚糖的氨基形成希夫碱(Schiff-base)交联网络。这种基于生物多糖的交联策略既避免了小分子交联剂的毒性风险，又显著提升了材料的综合性能。

研究主要采用溶剂浇铸法制备复合膜，通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)分析交联结构，结合力学测试、热重分析(TGA)和水接触角测量等手段系统评价材料性能。特别选用新鲜虾作为模型食品，通过监测贮藏过程中膜材料对挥发性氨的显色响应来验证其智能指示功能。

材料特性分析
交联后的CB-DAP膜显示出更致密的微观结构，FTIR谱图中1654 cm^-1处的新吸收峰证实了希夫碱的形成。XRD显示DAP的引入使CS结晶峰从20.5°移至21.3°，表明分子间相互作用增强。当DAP添加量达15%时，薄膜的拉伸强度提升47.2%，水接触角从72.5°增至89.3°，水蒸气透过率降低31.8%。

功能性能测试
DAP交联延缓了薄膜在pH变化和氨气刺激下的显色响应速度，但未影响其颜色可逆性。加速老化实验表明，交联薄膜在高温高湿(40°C/90% RH)条件下仍保持稳定的显色能力。DPPH自由基清除实验证实DAP的引入使薄膜抗氧化活性提升约20%。

实际应用验证
在4°C冷藏条件下，CB-DAP15%薄膜能准确反映虾的新鲜度变化：当总挥发性盐基氮(TVB-N)达到20 mg/100g时，薄膜颜色由红变紫，与国标规定的鲜度限值高度吻合。相比未交联薄膜，DAP改性薄膜的指示准确率提高22.3%，且不受包装内冷凝水干扰。

该研究证实二醛普鲁兰交联可显著提升CS/BRA复合膜的智能包装性能。通过构建大分子交联网络，不仅解决了传统指示膜机械性能差、湿度敏感性高等问题，还提高了新鲜度监测的可靠性。这种完全基于生物质原料的绿色制备技术，为开发新一代食品安全监测材料提供了重要参考。特别值得注意的是，DAP的最佳添加量为15%，过量会导致薄膜脆性增加。未来研究可进一步优化交联度，并探索其在其他易腐食品监测中的应用潜力。