从芥菜（Brassica juncea）到包装：花青素变色性与硫代葡萄糖苷共添加剂制备紫外屏蔽、抗氧化及新鲜度指示薄膜

《Food Chemistry》：From mustard ( Brassica juncea) to packaging: anthocyanin chromism and glucosinolate co-additives yield UV-shielding, antioxidant, and freshness-indicating films

　　

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  使用芥菜作为单一植物来源开发了一种智能薄膜。
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  花青素实现了可视化的 pH 响应新鲜度指示。
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  硫代葡萄糖苷增强了紫外线屏蔽和抗氧化活性。
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  优化后的 6 wt% 硫代葡萄糖苷薄膜改善了屏障和机械性能。
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  优化后的薄膜延长了三文鱼的保质期，并实现了实时颜色监测。

引言

采后处理和冷链分销过程中的食品腐败仍然是易腐商品质量损失和经济浪费的主要驱动因素（Sun 等，2022）。即使在冷藏条件下，微生物增殖、蛋白质脱氨/脱羧以及脂质自氧化也会持续降解颜色、气味和质地等感官属性。同时，化学指标，特别是 pH 值和挥发性盐基氮总量（TVB-N），逐渐漂移至表示可接受性丧失的阈值（Ghasemi-Varnamkhasti 等，2018）。这些技术压力因不断演变的消费者期望和有利于清洁标签、少添加剂策略以及不仅能容纳食品还能信号化和减缓恶化的包装形式的监管趋势而加剧（Zhang 等，2024）。因此，智能和活性生物基包装已经从一个小众概念转变为一个实际的研究前沿（Ezati 等，2023；Sun 等，2022）。多糖基质是食用/可生物降解包装的自然选择（Atta 等，2022）。其中，海藻酸钠和淀粉因其水基加工性、食品接触安全性以及由氢键和离子相互作用控制的可调节物理化学网络而脱颖而出（Guo 等，2024；Li 等，2023；Mathe 等，2024）。经过适当增塑和共同配方的海藻酸钠 - 淀粉薄膜可以在透明度与机械完整性之间取得平衡，并对水蒸气和氧气具有屏障性能，这是保质期管理的关键因素（Quilez-Molina 等，2024）。至关重要的是，其富含羟基和羧基的主链提供了多个相互作用位点，用于小分子和色素的非共价限域（Song 等，2025）。

在天然指示剂中，花青素尤其引人注目。它们在 pH 值下（鎓盐 ? 醌式碱 ? 查尔酮等）解析良好的结构互变导致从红色到紫色/蓝色再到黄绿色的可见、可逆颜色转变（Huang 等，2025；Li 等，2026）。这些转变可以通过紫外 - 可见（UV-Vis）测量在溶液和聚合物基质中按比例捕获，从而实现简便的新鲜度指示。除了指示作用外，花青素还贡献了酚类自由基淬灭能力，这可以抑制蛋白质 - 脂质系统中的早期氧化途径（Neves 等，2022）。花青素已广泛来源于蓝莓、桑葚、紫薯、红卷心菜、黑米和其他色素植物材料，并被纳入智能薄膜中用于监测肉类和海鲜的腐败（Huang 等，2025；Neves 等，2022）。然而，许多报道的智能包装花青素来源是从特种园艺植物或非食品作物中获得的，其可获得性和可扩展性需要进一步考虑大规模应用。最近的研究证明了使用园艺植物衍生花青素作为天然指示剂的可行性。例如，从五彩苏（Plectranthus scutellarioides）叶片中提取的花青素被纳入壳聚糖/褐藻糖胶薄膜中用于监测三文鱼腐败，而Oxalis triangularis提取物则应用于大豆蛋白隔离物 - 海藻糖基薄膜中进行比色新鲜度指示（Jiang 等，2024；Wang 等，2023）。这些研究突显了植物衍生花青素在智能包装系统中的潜力。然而，探索广泛种植的作物和农业副产物作为更易获取的色素资源仍然非常令人向往。芥菜（Brassica juncea）紫叶就是这样一个替代方案。芥菜广泛种植，价格低廉，并整合到成熟的十字花科生产系统中。紫叶通常作为茎用芥菜和调味品导向加工链中的副生物质产生。这些组织富含花青素，并与食品接触应用兼容（Di 等，2023；Yu 等，2025）。尽管具有可获得性和成本优势，芥菜叶花青素在 pH 响应指示膜中的潜力尚未得到充分探索。因此，它们的利用扩大了天然色素来源的多样性，同时支持在单一作物框架内开发具有成本效益和可持续性的智能包装。

尽管视觉指示对智能包装至关重要，但仅靠信号传递并不能延缓腐败。因此，越来越多的注意力被投入到掺入额外的植物源功能成分，以提高抗氧化和抗菌性能（Jiang 等，2026）。在Brassica衍生的包装策略中，保鲜通常使用异硫氰酸酯（ITCs）来实现，如烯丙基、苯乙基和苄基异硫氰酸酯，它们是通过黑芥子酶催化的硫代葡萄糖苷水解或受控释放设计产生的（Ma 等，2025；Park 等，2023）。ITC 使能的薄膜在肉类和农产品中表现出微生物控制和保质期延长，通常通过包封和受控释放策略来抑制挥发性并维持抗菌顶空浓度（Jiang 等，2022）。然而，水解产生的 ITCs 是高度扩散的挥发性物质，因此必须仔细管理其释放动力学，以防止过早耗尽或感官改变（Huang 等，2023）。与以 ITC 为中心的方法相比，硫代葡萄糖苷本身的非水解使用，在食用薄膜系统中保留天然硫代糖苷结构，研究相对较少。源自芥菜种子和芽的富含硫代葡萄糖苷的提取物可以贡献深紫外吸收和可测量的自由基清除能力，可能在不产生挥发性化合物的情况下增强紫外线屏蔽和抗氧化性能（Bansal 等，2024；Cheng 等，2024）。此外，硫酸盐和羟基的存在促进了多糖基质内的额外氢键和静电相互作用，有助于网络致密化和屏障增强。基于这些特征，我们假设硫代葡萄糖苷的掺入可以提供互补的保鲜功能，同时增强海藻酸钠 - 淀粉薄膜结构，而花青素可以通过在聚合物网络中的限域保持其 pH 响应变 chromism。芥菜种子特别富含硫代葡萄糖苷，并在成熟的农业供应链中广泛可用（Frazie 等，2017；Zhang 等，2022）。这些资源与富含花青素的芥菜叶的结合使得单一作物策略成为可能，该策略整合了指示和保鲜功能，同时利用了各种植物组织。

基于上述理由，本研究通过将紫色芥菜叶中的花青素和芥菜种子中的富含硫代葡萄糖苷的提取物纳入海藻酸钠 - 淀粉基质中，开发了一种芥菜衍生的智能 - 活性包装薄膜。表征了提取物的化学特性，随后系统地评估了所得薄膜的组成 - 结构 - 性能关系，包括光学性能、紫外线屏蔽、屏障性能、机械行为、热稳定性和微观结构特性。薄膜的实际应用性进一步通过冷藏三文鱼储存得到验证，其中薄膜颜色的变化与包括 pH 值、TVB-N 和微生物生长在内的关键新鲜度指标相关联。本研究展示了一种单一作物衍生策略，整合了新鲜度指示和质量保鲜，并强调了天然硫代葡萄糖苷作为超越传统基于 ITC 的Brassica保鲜方法的非挥发性多功能添加剂。这种方法提供了一条将芥菜衍生生物质转化为增值智能包装材料的可持续途径。

部分摘要

材料与试剂

紫叶芥菜（Brassica juncea var. rugosa）种植于中国四川省成都市。样品于 2025 年 1 月采集。马铃薯淀粉（BR 级）购自上海源叶生物科技有限公司。根据之前的报道，马铃薯淀粉通常含有约 20% 的直链淀粉和 80% 的支链淀粉。甘油、溴化钾（KBr，光谱级）、1,1-二苯基 -2-三硝基苯肼（DPPH）、海藻酸钠、吐温 80、盐酸、钠

硫代葡萄糖苷提取物的光谱表征和抗氧化活性

基于我们之前对芥菜种子的分析（Zhang 等，2022），检测到了九种单独的硫代葡萄糖苷，其中脂肪族硫代葡萄糖苷黑芥子苷占总硫代葡萄糖苷含量的 97.3%（图 1A 和 B）。这种高度主导的组成表明，富含硫代葡萄糖苷的提取物的物理化学行为在很大程度上与以黑芥子苷为主导的硫代葡萄糖苷谱有关。

该提取物表现出与硫代糖苷 - 和 一致的特定 FTIR 波段

结论

在本研究中，使用紫色芥菜叶中的花青素和芥菜种子中的富含硫代葡萄糖苷的提取物开发了一种海藻酸钠 - 淀粉智能包装薄膜。硫代葡萄糖苷的掺入改善了薄膜的紫外线屏蔽、抗氧化活性以及屏障和机械性能，而优化后的 GS6/A/AS 薄膜保留了清晰的 pH 响应颜色变化。在冷藏三文鱼储存过程中，GS6/A/AS 有效延缓了 pH 值、TVB-N 和微生物生长的增加，同时

CRediT 作者贡献声明

Xuena Yu: 写作 – 初稿，方法论。 Hongqin Guo: 写作 – 初稿，调查，数据整理。 Hongmei Di: 方法论，形式分析。 Zhi Huang: 监督，项目管理，资金获取。 Fen Zhang: 监督，资金获取。 Bo Sun: 监督，调查，资金获取。 Hejun Wu: 写作 – 审查与编辑，监督，资金获取，概念化。

竞争利益声明

作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些可能会被认为影响本论文中报告的工作。

致谢

本工作得到了 国家自然科学基金（32372683, 32372732），中国博士后科学基金（2025M783744），四川省科技计划（2025ZNSFSC1112, 2023ZYD0090, 2024NSFSC0404），国家现代农业产业技术体系四川创新团队（SCCXTD-2024-05），国家级/省级大学生创新创业训练计划（202110626035, 202410626012, and 202510626015），以及 四川茶创新团队

Xuena Yu|Hongqin Guo|Hongmei Di|Zhi Huang|Fen Zhang|Bo Sun|Hejun Wu