《International Journal of Biological Macromolecules》：Multifunctional active packaging film based on seaweed polysaccharides and carboxymethyl chitosan for enhanced food preservation
编辑推荐：
海藻多糖酶辅助提取后与羧甲基壳聚糖复合制备多功能活性包装膜，显著提升紫外线屏蔽（100%）、抗氧化（29.30%）和抗糖化性能（83.58%），机械强度达19.75MPa，阻湿性8.07g·mm·m?2·d?1·kPa?1，草莓保鲜保质期超7天。
Xinyang Hu|Bin Wang|Jinpeng Li|Jun Xu|Yan Wu|Fengshan Zhang|Hongfei Li|Wenguang Wei|Kefu Chen
植物纤维材料科学研究中心，先进造纸与纸基材料国家重点实验室，华南理工大学轻工与工程学院，广州，510640，中国
摘要
海藻多糖因其独特的生物活性和显著的成膜性能而受到广泛关注。然而，以往的研究未能充分利用或有效整合各种海藻来源多糖的独特特性。在本研究中，通过酶辅助法从Undaria pinnatifida（PUPPS-0.25）和Sargassum pallidum（CSPPS-0.05）中提取多糖，并将其与羧甲基壳聚糖（CMCS）结合，开发出一种具有多功能性的新型活性包装膜。在膜基质中加入0.25%的CSPPS-0.05后，该膜不仅具备了完全的紫外线阻隔能力，还显著增强了抗氧化和抗糖基化作用。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析表明，PUPPS-0.25、CMCS和CSPPS-0.05之间的相互作用提高了复合膜的结构凝聚力和功能性能。优化后的复合膜表现出优异的物理机械强度（19.75 MPa）和阻隔水蒸气的性能（8.07 g·mm·m?2·d?1·kPa?1）。应用于草莓保鲜时，该膜能有效抑制微生物生长，减少重量损失，延缓营养素降解，并将保质期延长至7天以上。此外，加入0.25%的CSPPS后，其抑制晚期糖基化终产物的活性提高了83.58%。本研究为海洋多糖在食品包装中的应用提供了新的见解，并提出了一种开发下一代活性包装材料的创新策略。
引言
传统的石油基包装材料，如聚乙烯和聚丙烯，由于性能优异且成本低廉，在全球范围内得到了广泛应用。然而，它们的不可降解性导致了严重的生态累积，加剧了环境危机[1]。这一紧迫问题促使了相关法规的出台，尤其是欧盟的《2025/40包装和包装废弃物法规》（EU PPWR），该法规要求所有食品包装在2030年前实现完全可回收或可生物降解。在这种背景下，食品包装研究的方向从单纯延长保质期转向同时关注材料的生物功能性和环境可持续性。近年来，基于多糖的复合膜成为有前景的选择。这些材料不仅满足了食品包装的基本要求，还具备额外的优势，如生物活性、抗紫外线（UV）性能、可生物降解性、安全性和可持续性[2]、[3]、[4]。
羧甲基壳聚糖（CMCS）是一种广泛研究的壳聚糖（CS）的水溶性衍生物，通过对其氨基和羟基进行羧甲基化获得。这种结构修饰显著提高了其柔韧性、水溶性、生物相容性和抗菌活性，使其成为食品包装和生物医学应用中的有希望的候选材料[5]。尽管如此，基于CMCS的薄膜仍存在疏水性差、机械强度低和生物活性弱的问题，需要进一步改进。为了解决这些问题，人们通过将CMCS与其他成膜基质混合来制备复合膜。这种方法通过聚合物链缠结和分子间交联增强了薄膜的物理性能[6]。此外，加入抗氧化剂和抗褐变剂等功能性化合物后，薄膜具备了抑制微生物污染、氧化、褐变和软化等作用，从而提高了保鲜性能，优于传统的不可降解包装材料[7]。海藻多糖也因其低毒性、优异的成膜能力和多种生物活性（包括抗氧化、抗病毒、抗肿瘤、抗炎和抗癌作用）而受到关注[8]。
可持续利用海洋藻类资源和藻类废弃物是生产高附加值材料的有效途径。早期研究发现，Undaria pinnatifida的多糖因其高分子量和结构稳定性而具有优异的成膜性能，而Sargassum pallidum则表现出更强的生物活性[9]。然而，传统的水提取方法存在处理时间长、产量不稳定和杂质残留量高的问题，导致提取的多糖生物活性较低[10]。近年来，通过酶解藻类细胞壁成分（如纤维素、半纤维素和果胶）显著提高了多糖的提取效率和纯度，从而增强了其生物活性[11]、[12]。尽管取得了这些进展，但从Undaria pinnatifida和Sargassum pallidum中酶辅助提取多糖的研究仍不充分。因此，确定合适的酶提取策略对于充分发挥这些生物活性多糖的功能潜力至关重要。本研究假设，酶辅助提取的Undaria pinnatifida和Sargassum pallidum多糖将获得更高纯度的产物，并且将其结合到CMCS基质中会协同提升活性包装膜的机械性能、阻隔性能和保鲜效果。
基于这些认识，本研究采用酶法从Undaria pinnatifida和Sargassum pallidum中提取了高效多糖，并将其与CMCS混合制备了保鲜膜。本研究旨在为开发新型活性包装材料提供理论和实验依据，并支持海藻来源多糖薄膜在可持续包装技术中的潜在工业应用。
材料
Undaria pinnatifida和Sargassum pallidum分别由元辉生物科技有限公司（中国西安）和 Safeng 制药有限公司（中国安徽）提供。单糖标准品（纯度≥98%），包括岩藻糖、阿拉伯糖、鼠李糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、果糖、甘露糖、半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸，以及葡聚糖分子量标记物（13.05–670.00 kDa，纯度≥95%），来自上海豫源生物科技有限公司（中国上海）。
化学组成
使用纤维素酶（0.05%）和果胶酶（0.25%）从Ulva lactuca和Undaria pinnatifida中提取的多糖的产量和化学组成见表1。PUPPS-0.25的提取产量为28.19±0.16%（w/w），高于CSPPS-0.05的15.80±0.22%。与之前的热水提取方法相比，PUPPS-0.25和CSPPS-0.05的产量分别提高了48.21%和22.77%[9]。这些结果证实了酶辅助提取法的有效性。结论
本研究成功从Undaria pinnatifida和Sargassum pallidum中提取出了两种酶辅助得到的多糖PUPPS-0.25和CSPPS-0.05，并将其结合到基于CMCS的复合膜中。酶辅助提取有效降低了多糖的分子量，同时保持了单糖组成，显著增强了抗氧化和抗糖基化作用，尤其是CSPPS-0.05。
作者贡献声明
Xinyang Hu：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，软件使用，方法学设计，数据管理，概念构建。Bin Wang：方法学设计，资金获取，数据管理，概念构建。Jinpeng Li：撰写 – 审稿与编辑，数据可视化，正式分析。Jun Xu：撰写 – 审稿与编辑，结果验证。Yan Wu：撰写 – 审稿与编辑，结果验证，方法学设计。Fengshan Zhang：撰写 – 审稿与编辑，结果验证。Hongfei Li：撰写 – 审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢国家重点研发计划（2022YFC2805104）、广东省林业科技创新项目（2025KJCX012）和国家自然科学基金（22378144）的支持。
