《Food Chemistry: X》：Carrageenan/epigallocatechin-3-gallate composite hydrogel coatings with antioxidant and antibacterial activities for shrimp preservation
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天然多糖-多酚水凝胶是可持续食品包装的有前景候选材料。通过简单的水相混合与冷却制备了含κ-卡拉胶（KCG）和表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）的活性复合水凝胶。EGCG的引入改善了紫外屏蔽性能，改变了多孔网络结构，并增强了水凝胶的抗氧化和抗菌活性。KCG/2
天然多糖-多酚水凝胶是可持续食品包装的有前景候选材料。通过简单的水相混合与冷却制备了含κ-卡拉胶（KCG）和表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）的活性复合水凝胶。EGCG的引入改善了紫外屏蔽性能，改变了多孔网络结构，并增强了水凝胶的抗氧化和抗菌活性。KCG/2.0% EGCG水凝胶表现出最高的DPPH自由基清除活性以及对大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抑制作用。12 h的活菌平板计数支持了对两种细菌的抗菌活性。在虾冷藏储存期间，KCG/EGCG水凝胶涂层抑制了pH值和总挥发性盐基氮（TVB-N）的升高，并减少了硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）的积累。定性平板观察显示KCG/2.0% EGCG处理的可见菌落更少，且在储存后期该处理在选定电子鼻传感器上的响应也低于对照组。这些发现为开发多糖-多酚水凝胶作为水产品可持续活性包装材料提供了一种简单策略。
研究背景：随着社会经济发展和生活水平提高，食品质量与安全成为公众关注的焦点。虾作为经济重要的水产品种，富含优质蛋白质、脂肪酸等必需营养素，被广泛消费。然而，传统冷冻保鲜技术常导致冰晶形成，破坏细胞结构，引起蛋白质变性、水分流失和脂质氧化加速，从而损害产品品质。因此，开发有效的策略以维持虾在冷藏储存期间的品质是重要的研究优先方向。目前虾保鲜方法包括传统冷冻、精油应用、高压处理、辐照和可食性涂层等。其中可食性涂层被认为是延长水产品货架期的有效且环境可持续的策略。水凝胶是常用的一类可食性涂层材料，可充当外部因素的屏障，减少水分流失并限制氧气驱动的氧化劣变。κ-卡拉胶（KCG）等多糖因成膜性、生物可降解性和保水性被广泛用于可食性涂层开发。然而，多糖基水凝胶往往抗菌和抗氧化活性有限、机械强度不足，限制了其在食品保鲜中的实际性能。将生物活性物质引入多糖基水凝胶已成为克服这些局限的有前景策略。天然多酚因抗氧化和抗菌特性作为活性食品包装的功能添加剂受到越来越多关注。KCG是经济高效、可生物降解的多糖，成膜能力好，常用于复合包装材料。EGCG是主要茶儿茶素，具有自由基清除和抗菌活性，作为活性食品包装的功能添加剂受到关注。然而，关于KCG/EGCG复合水凝胶用于水产食品包装的研究仍然有限，特别是EGCG引入、水凝胶结构、功能特性与冷藏虾保鲜性能之间的关系尚不完全清楚。
研究人员通过简单的水相混合与冷却制备了KCG/EGCG复合水凝胶，并评价其作为冷藏虾保鲜涂层的应用。研究表征了复合水凝胶的结构、水分含量、遮光性能和流变学特性，评估了抗氧化和抗菌活性，并以虾作为代表性水产品验证冷藏储存期间的保鲜效果。该研究的新颖性在于将紫外屏蔽、高可见光透明性以及抗氧化和抗菌活性整合于二元KCG/EGCG水凝胶中用于冷藏虾保鲜。与先前报道的使用包封载体的多糖水凝胶相比，该系统通过直接将EGCG引入KCG而无需额外载体，简化了配方和制备。研究结果表明，EGCG引入显著改善了水凝胶的紫外屏蔽性能，同时保持可见光区高透明度；EGCG改变了冻干水凝胶的多孔微观结构，KCG/1.0% EGCG样品孔隙率最高、孔分布最均匀；所有复合水凝胶表现出弹性主导的凝胶状行为，储能模量大于损耗模量；EGCG以浓度依赖方式增强水凝胶的抗氧化和抗菌活性，KCG/2.0% EGCG水凝胶表现出最强的DPPH自由基清除活性和对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的抑制效果；菌落生长和电子鼻响应的定性观察提供了与延迟品质劣变一致的补充证据，尤其对KCG/2.0% EGCG处理而言。总体而言，KCG/EGCG水凝胶涂层在测试应用条件下改善了4 °C下5天储存期间虾的保鲜指标。该研究的意义在于为直接将EGCG引入KCG水凝胶作为开发活性涂层以在冷藏储存期间保持虾品质的简单策略提供了依据。
关键技术方法：研究人员通过简单水相混合与冷却制备KCG/EGCG复合水凝胶（EGCG浓度0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，w/v）；采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析分子相互作用，紫外-可见光（UV-vis）分光光度计测定透光率，烘箱干燥法测定水分含量，扫描电子显微镜（SEM）观察冻干样品截面形貌并以ImageJ分析孔隙率，旋转流变仪测定时间扫描、频率扫描和稳态剪切流变性能；以DPPH法评价抗氧化能力；以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为测试菌株测定生长曲线和活菌计数；以4 °C冷藏虾为对象，测定外观、pH、总挥发性盐基氮（TVB-N）、硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）、平板菌落生长和电子鼻响应。新鲜虾购自当地市场。
研究结果：
3.1 傅里叶变换红外光谱（FTIR）：通过FTIR研究KCG与EGCG之间的分子相互作用，发现随着EGCG浓度增加，复合水凝胶的OH伸缩振动峰逐渐变宽并向低波数移动，COC和吡喃环特征振动峰也逐步向低波数移动，提示EGCG与KCG之间可能存在涉及氢键的分子间相互作用。
3.2 紫外光透过率：通过UV-vis透射率测定发现水凝胶在可见光区透光率超过80%，纯KCG在紫外区透光率较高，而含EGCG水凝胶在350 nm以下几乎完全屏蔽紫外，表明EGCG引入在保持可见光高透明度的同时显著降低了紫外透光率。
3.3 水分含量：通过干燥法测定发现所有水凝胶组水分含量均超过95%，含EGCG复合水凝胶水分含量低于空白卡拉胶水凝胶，并随EGCG浓度增加逐渐降低。
3.4 形貌分析：通过SEM观察冻干样品截面发现，与纯KCG水凝胶相比，含EGCG复合水凝胶呈现更连续且互连的多孔网络；KCG/1.0% EGCG样品孔分布最均匀、图像孔隙率最高；EGCG浓度增至2.0%时冻干样品结构更致密并出现部分孔结构塌陷，表明EGCG以浓度依赖方式改变冻干KCG水凝胶的多孔形貌。
3.5 复合水凝胶流变学特性：通过流变学测定发现所有样品储能模量（G′）和损耗模量（G″）在测试中逐渐达到相对稳定状态，KCG/0.5% EGCG水凝胶G′和G″较高且更稳定；频率扫描中所有样品G′大于G″，呈弹性主导凝胶状行为，模量对频率依赖性弱；稳态剪切中所有复合水凝胶表观黏度随剪切速率增加显著下降，表现明显剪切变稀行为，表明其具有良好加工适应性。
3.6 抗氧化能力分析：通过DPPH法测定发现随着EGCG浓度增加，DPPH自由基清除率逐渐升高，KCG/2.0% EGCG复合水凝胶清除率达66.65%，表明其具有较强抗氧化潜力，归因于EGCG丰富的酚羟基。
3.7 抗菌活性：通过生长曲线和活菌计数发现，随着EGCG浓度增加，大肠杆菌生长速率相应降低，KCG/2.0% EGCG抑制率最高达26.54%；金黄色葡萄球菌生长动力学也随EGCG浓度增加而降低，KCG/2.0% EGCG抑制率达42.93%；12 h活菌计数显示含EGCG处理组活菌数显著低于对照组和KCG组（p < 0.05），且随EGCG浓度增加而降低，为生长曲线结果提供定量支持；对金黄色葡萄球菌的抑制强于大肠杆菌，可能与两者细胞包膜结构差异有关。
3.8 虾保鲜应用：通过外观观察发现对照组和KCG组在储存后期出现明显变色，KCG/2.0% EGCG涂层虾变色较轻、外观保持较好；pH测定显示KCG/EGCG涂层虾pH升高较小，且随EGCG浓度增加而减小；TVB-N测定显示KCG/EGCG涂层减少了TVB-N积累，第5天KCG/1.5% EGCG和KCG/2.0% EGCG组TVB-N值远低于其他组；TBARS测定显示随EGCG浓度增加TBARS积累减少，KCG/2.0% EGCG处理自第2天起值最低；平板照片显示第5天KCG/1.5% EGCG和KCG/2.0% EGCG处理可见菌落较少；电子鼻雷达图描述性比较显示第5天KCG/2.0% EGCG组在W5S、W1W和W1S传感器响应低于对照组和KCG组。
讨论部分总结：研究讨论了FTIR光谱变化与先前研究的一致性，指出EGCG芳香结构和酚羟基色团在吸收紫外辐射中的重要作用，并强调本水凝胶无需额外纳米载体或合成聚合物组分即可实现紫外屏蔽与光学透明的平衡；水分含量降低可能部分反映EGCG加入后非水组分比例增加，聚合物-水相互作用和网络组织变化也可能起作用；SEM形貌的浓度依赖非线性响应提示维持良好组织三维网络需要KCG-EGCG缔合与聚合物链迁移性之间的最佳平衡；流变学结果表明适当EGCG浓度改善网络稳定性和粘弹性能；抗菌差异可能与革兰氏阳性菌缺乏外膜、革兰氏阴性菌外膜脂多糖减少EGCG渗透有关；保鲜指标变化与复合水凝胶测得的抗氧化和抗菌活性一致；电子鼻响应变化可能反映虾劣变相关顶空挥发物复杂混合物的差异。
研究结论翻译：本研究通过简单的水相混合与冷却成功制备了KCG/EGCG复合水凝胶。FTIR分析提示KCG与EGCG之间可能存在涉及氢键的分子间相互作用。EGCG的加入显著改善了水凝胶的紫外光屏蔽性能，同时保持可见光区高透明度。SEM观察显示EGCG改变了冻干水凝胶的多孔微观结构，KCG/1.0% EGCG样品孔隙率最高、孔分布最均匀。流变学测量表明所有复合水凝胶在0.1–100 rad/s测试角频率范围内表现出弹性主导的凝胶状行为，储能模量大于损耗模量。此外，EGCG的引入以浓度依赖方式增强了水凝胶的抗氧化和抗菌活性。KCG/2.0% EGCG水凝胶表现出最强的DPPH自由基清除活性，并抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌生长。含EGCG组12 h时两种细菌活菌数较低，为生长曲线结果提供了定量支持。菌落生长和电子鼻响应的定性观察提供了与延迟品质劣变一致的补充证据，尤其对KCG/2.0% EGCG处理而言。总体而言，在测试应用条件下，KCG/EGCG水凝胶涂层改善了4 °C下5天储存期间虾的保鲜指标。然而，涂层在虾表面的稳定性、EGCG释放行为以及大规模制备和应用的可行性仍有待确定。此外，与可食性涂层应用相关的实际因素，如涂层厚度、在虾表面的粘附稳定性、储存期间涂层完整性以及处理或清洗过程中可能的涂层损失，本研究未系统评价，这些因素可能影响水凝胶涂层的长期有效性和实际适用性，应在未来工作中进一步研究。综上所述，这些发现突出了将EGCG直接引入KCG水凝胶作为开发活性涂层以在冷藏储存期间保持虾品质的简单策略的潜力。
