黄原胶和没食子酸在智能薄膜中增强蓝莓花青素稳定性的协同效应：表征及其在监测鲟鱼新鲜度中的应用

《Food Chemistry》：The synergistic effect of xanthan gum and gallic acid on enhancing blueberry anthocyanin stability in an intelligent film: characterization and application in monitoring sturgeon freshness

基于羧甲基纤维素钠（SCMC）的复合智能薄膜通过协同黄原胶（XG）和原花青酸（GA）显著提升蓝莓花青素（BA）的稳定性、机械性能及抗氧化能力，成功应用于鲟鱼保鲜监测，延长保质期约1天。

　　

张丹|陶浩|刘凯|王丽文|郭浩苗|袁少敏|康春宇

河北农业大学食品科学与技术学院，保定071001，中国

摘要

本研究开发了一种高稳定性的智能薄膜（SCMC-XG-GA-BA），以羧甲基纤维素（SCMC）为基质，蓝莓花青素（BA）为指示剂，黄原胶（XG）为稳定剂，没食子酸（GA）为共色素。XG和GA的协同使用显著增强了BA溶液的颜色强度和稳定性。结构表征显示各组分之间具有优异的相容性。该薄膜的抗拉强度为31.02 MPa，断裂伸长率为59.29%，具有优异的阻隔性能，抗氧化活性在81.60%到90.96%之间。添加XG和GA后，薄膜的稳定性、pH敏感性和氨响应性得到了提升。在鲟鱼新鲜度监测中，该薄膜显示出从紫红色到黄绿色的明显颜色变化，并将鲟鱼的保质期延长了大约一天。这些结果表明，高稳定性的SCMC-XG-GA-BA薄膜在水产品实时新鲜度监测和保鲜方面具有显著潜力。

引言

食品的新鲜度和安全性是消费者和食品行业都非常关注的问题。水产品因其高营养价值而受到重视，但其较高的水分和营养成分使其在储存和运输过程中容易受到微生物降解和酶促分解的影响（Lang等人，2025；Tavassoli, Bahramian, Abedi-Firoozjah等人，2024）。因此，开发有效的食品新鲜度监测方法仍然是重要的研究方向。智能包装技术因其能够在不破坏包装完整性的情况下提供食品质量视觉数据而受到越来越多的认可（Xu, Liu等人，2025）。其中，pH敏感薄膜是一种简单、快速且方便的新鲜度监测方法，可以检测食品变质过程中的生化变化（如氨、三甲胺等）（Raschip等人，2025）。

花青素（ACNs）是水溶性黄酮类色素，在不同pH条件下会显示出明显的颜色变化，使其非常适合作为智能薄膜的指示剂。Postolovi?等人（2026）使用红甘蓝花青素制备了一种智能薄膜，当虹鳟鱼变质时，薄膜颜色会从紫红色变为绿色。同样，Khan等人（2026）制备了一种含有蓝莓花青素的薄膜，通过颜色从紫色变为灰色来指示虾的新鲜度。然而，花青素在储存和加工过程中容易降解和褪色，这大大限制了其在薄膜中的应用（Li等人，2025）。Song等人（2025）发现，将马铃薯淀粉-花青素薄膜在光照下储存7天后，花青素的保留率下降到了23.56%。为了克服这些限制，人们开发了共色素化策略（Jiang等人，2025）。研究表明，酚类化合物与多糖和蛋白质等生物大分子通过非共价键形成的复合物可以保护花青素免受亲核物质的攻击（Cheng等人，2023；Wang等人，2024；Zhang等人，2025）。没食子酸（GA）是一种具有强抗菌和抗氧化特性的酚类化合物，已被证明能显著提高花青素的稳定性（Gupta等人，2025；Yu等人，2025；Zhao, Liu等人，2025）。在饮料系统中的研究表明，GA能有效增强花青素的颜色，提高其稳定性，并延长产品保质期（Lin等人，2023）。黄原胶（XG）是一种稳定性好且水溶性的微生物多糖，也可以通过分子相互作用稳定花青素并增强其颜色（Rhouttais等人，2025）。Zhao等人（2020）指出，向含花青素的模型饮料中添加XG可以通过氢键和疏水相互作用提高花青素的稳定性。

传统的石油基聚合物会导致环境污染，而安全、可靠且可生物降解的材料在薄膜制备中的使用日益增加（Tavassoli, Bahramian, Firoozjah等人，2024）。羧甲基纤维素（SCMC）是一种重要的水溶性纤维素衍生物，由于其优异的阻隔性能、高持水能力和与多种材料的相容性，常用于薄膜生产（Ke等人，2023；Tan, Hou等人，2024）。当SCMC用作花青素的载体时，可以减少花青素的迁移并提高指示标签的敏感性（Liu等人，2021a）。

以往的研究主要集中在单一物质（如酚类酸或多糖）在液体系统中的效果上。GA和XG在增强固体薄膜基质中BA稳定性和利用方面的协同效应尚未得到充分探索。基于现有研究结果，我们假设GA和XG可能通过不同的、互补的机制与BA相互作用，从而提高稳定性并增强功能性。本研究创新性地结合了XG和GA作为双重稳定剂，以协同稳定BA并开发出高性能的智能指示薄膜。研究目标包括：（1）评估XG和GA对BA溶液pH敏感性和稳定性（热稳定性、光稳定性、氧化稳定性）的协同效应；（2）制备并表征SCMC-XG-GA-BA薄膜的机械性能、抗氧化性能和抗菌性能；（3）评估这些薄膜在冷藏储存期间对鲟鱼片实时新鲜度监测的应用。

材料

鲟鱼购自中国农业大学科技市场（保定，中国）。黄原胶来自Macklin Biochemical Technology Co., Ltd.。没食子酸（纯度>98.0%）来自Solaibao Technology Co., Ltd。蓝莓花青素来自西安汇林生物科技有限公司。羧甲基纤维素（化学纯度；粘度：800–1200 mPa·s）由国药化学试剂有限公司提供。所有其他使用的化学品均为分析级。

XG/GA-BA混合系统的制备

黄原胶

不同花青素溶液的紫外-可见光谱

花青素的分子结构会随pH值的变化而改变（Mutmainna等人，2025）。在特定的pH环境中，花青素存在四种结构：阳离子形式、假碱形式、醌碱形式和查尔酮形式（Xue等人，2024）。在pH 2–3时，BA溶液呈红色（图1A），此时BA主要以黄酮醇阴离子形式存在。在pH 3–6时，黄烷基阳离子转化为无色的假碱或查尔酮形式。随着pH值的继续升高，溶液的颜色会发生变化

结论

本研究成功开发了一种高稳定性的智能薄膜，该薄膜基于黄原胶（XG）和没食子酸（GA）之间的协同作用，解决了花青素稳定性差的问题。XG和GA协同提高了BA溶液的颜色表现、光稳定性、热稳定性和氧化稳定性。所得薄膜具有良好的机械性能、紫外-可见光阻隔性能和pH敏感性。热重分析和储存实验表明，SCMC-XG-GA-BA薄膜表现出优异的性能

CRediT作者贡献声明

张丹：撰写——初稿编写、验证、正式分析。陶浩：方法论设计。刘凯：概念构思。王丽文：概念构思。郭浩苗：概念构思。袁少敏：概念构思。康春宇：撰写——审稿与编辑、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们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

本研究得到了河北省重点研发计划（编号22327102D）的财政支持。