《International Journal of Biological Macromolecules》：Fabrication of multifunctional chitosan/deep eutectic solvent aerogels loaded with phycocyanin/betacyanin pigments toward intelligent food packaging
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•采用DES和混合天然色素对壳聚糖基气凝胶进行了改性。•引入DES后提升了气凝胶的网络结构及其热稳定性。•所制备的智能气凝胶对氨气具有高敏感性，且能通过颜色变化体现出来。•负载藻蓝蛋白/甜菜红素后，其30天内的生物活性稳定性得到提升。引言如今，在食品的生产、运输、分销和储存过程中
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采用DES和混合天然色素对壳聚糖基气凝胶进行了改性。
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引入DES后提升了气凝胶的网络结构及其热稳定性。
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所制备的智能气凝胶对氨气具有高敏感性，且能通过颜色变化体现出来。
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负载藻蓝蛋白/甜菜红素后，其30天内的生物活性稳定性得到提升。
引言
如今，在食品的生产、运输、分销和储存过程中保持并监测产品质量已成为食品行业面临的重要挑战[1]、[2]。传统的食品包装材料主要以石油衍生的聚合物为主，由于其不可降解且会在生态系统中长期积累，因此引发了严重的环境问题[1]、[2]、[3]。此外，这类包装材料中的微塑料可能迁移到食品中，这进一步引起了消费者对食品安全的担忧，从而推动了对可持续、可生物降解及基于生物材料的包装替代品的需求不断增加[4]。为应对这些挑战，能够同时保持食品质量并实时提供产品新鲜度和安全信息的智能包装系统应运而生，成为一种极具前景的解决方案[5]。这类先进的包装系统可通过在储存和分销过程中持续监测食品质量，从而提升食品安全性、减少浪费，并满足消费者对环保包装材料日益增长的需求[5]、[6]。
智能包装系统可以以多种形式存在，包括薄膜、涂层、水凝胶和气凝胶等。在这些形式中，基于气凝胶的系统因其超轻的结构、高孔隙率、低密度以及较大的比表面积而备受关注[7]、[8]。这些结构特性使得气凝胶具有出色的吸附性能，有助于将功能性化合物融入聚合物网络中并使其稳定存在。此外，气凝胶的多孔结构还能影响其对水分的吸附行为、热稳定性以及活性化合物的释放控制，因此使其成为多功能生物基材料的理想候选者[9]、[10]。
由于壳聚糖具有可生物降解、生物相容、无毒以及天然的抗菌特性，它在食品包装领域受到了广泛关注[7]。壳聚糖是一种阳离子多糖，由甲壳素脱乙酰化得到，而甲壳素则是甲壳类动物外壳废弃物中含量最丰富的天然聚合物之一。其分子结构中含有大量的氨基和羟基，这使得壳聚糖能够形成较强的分子间相互作用，进而便于引入各种功能性添加剂，如生物活性化合物、抗菌剂以及比色指示剂等。此外，壳聚糖还具有出色的成膜能力、可再生来源以及与多孔三维结构的相容性，因此成为开发用于功能性及智能食品包装的多功能气凝胶的理想基质[7]。
近年来，藻蓝蛋白和甜菜红素这类天然色素因其卓越的抗氧化、抗菌以及比色特性，而在智能包装领域引起了极大关注[11]、[12]。这类色素可作为环保型传感剂，用于提供有关食品质量和新鲜度的视觉信息。然而，由于天然色素的稳定性较差，且容易受到温度波动、pH值变化、光照以及氧化降解等环境因素的影响，其在实际应用中仍面临诸多挑战[13]、[14]。此外，提升基于色素的智能包装系统的抗氧化和抗菌性能，对于开发具有更强保鲜能力和传感功能的多功能材料而言至关重要。为解决这些问题，人们开始越来越多地关注引入生物活性添加剂和功能性化合物，尤其是深共晶溶剂，因为它们在提升生物基包装材料的稳定性、功能性和整体性能方面展现出巨大潜力[15]。
深共晶溶剂是通过氢键供体与受体之间的氢键作用形成的绿色溶剂，具有毒性低、可生物降解、物理化学性质稳定以及功能可调控等优点。先前的研究已经表明，深共晶溶剂能够改善聚合物体系及气凝胶的结构、力学性能、热性能以及生物活性[16]、[17]。
尽管壳聚糖气凝胶、天然色素以及深共晶溶剂都具有诸多优异特性，但目前仍有较少研究探讨将它们同时整合到单一的多功能智能包装系统中。尤其是，关于深共晶溶剂的加入对负载有色素的壳聚糖气凝胶的结构和功能性能的影响，以及这类材料作为新鲜度指示剂的潜在应用，目前尚缺乏足够的了解。因此，本研究旨在制备新型的经深共晶溶剂改性的壳聚糖气凝胶，并在其中加入藻蓝蛋白/甜菜红素色素混合物，进而评估其用于智能食品包装的适用性。具体而言，本研究系统地研究了深共晶溶剂和色素的添加对气凝胶的结构、物理化学性质、热性能、抗氧化性能、抗菌性能以及比色特性的影响。此外，还测试了所制备气凝胶的储存稳定性以及其对氨气的响应传感性能，以此判断其是否可用于实时监测海产品的新鲜度以及作为活性包装材料使用。
章节节选
试剂与化学品
中等分子量的壳聚糖（分子量：190–310?kDa，脱乙酰度：75–85%）购自Sigma–Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯市）。本研究中使用的氯化胆碱、甘油、乳酸以及其他所有化学品和溶剂均为分析级或HPLC级产品，纯度较高，无需进一步纯化即可直接使用。所使用的微生物包括大肠杆菌（O157:H7）、鼠伤寒沙门氏菌（ATCC 13311）、金黄色葡萄球菌（CMCC 26001）以及单核细胞增生李斯特菌（CMCC）
不同pH值下色素的比色变化及紫外-可见光谱分析
图1a和图1b分别展示了不同pH值下藻蓝蛋白-甜菜红素色素溶液的紫外-可见吸收光谱以及比色变化情况。如图1a所示，在pH值为13时，350?nm处的吸光度最高，其次是pH值为12和pH值为2的情况，而其他pH值条件下的吸光度则较为接近。随着波长从350?nm增加到700?nm，吸光度出现明显下降。不过在600?nm左右波长范围内，吸光度又出现了相对
结论
本研究提出了一种通过同时引入深共晶溶剂和藻蓝蛋白/甜菜红素色素体系来设计功能性壳聚糖基气凝胶的通用方法。这种改进不仅仅是简单的结构修饰，深共晶溶剂的添加使得气凝胶的网络结构得以精准调控，从而制备出组织结构更优、稳定性更高且功能性能更强的材料。研究结果表明，深共晶溶剂的种类选择
CRediT作者贡献说明
Shahab Naghdi：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，方法学，实验研究，正式分析，概念构思。Masoud Rezaei：写作——审阅与编辑，研究指导，资金获取，概念构思。Seyed Fakhreddin Hosseini：写作——审阅与编辑。Azadeh Ghiasvand：实验研究，正式分析。
资金支持
本研究得到了伊朗国家科学基金会的资助（项目编号：4042605）。
致谢
作者们衷心感谢塔巴里阿德莫达雷斯大学以及伊朗国家科学基金会给予的全力支持。
Shahab Naghdi|Masoud Rezaei|Seyed Fakhreddin Hosseini|Azadeh Ghiasvand
