含有β-环糊精-姜黄素包合物的活性壳聚糖薄膜：提高薄膜性能并延长鱼片的冷藏保存时间 王安兴（Anxing Wang） 李浩（Hao Li） 张青（Qing Zhang） 张宇（Yu Zhang） 吴宇航（Yuhang Wu） 于德水（Deshui Yu） 方兴（Xing Fang） 袁国军（Guojun Yuan）

《Crystals》：Active Chitosan Films Incorporating a β-Cyclodextrin–Curcumin Inclusion Complex: Enhanced Film Performance and Refrigerated Preservation of Fish Fillets Anxing Wang, Hao Li, Qing Zhang, Yu Zhang, Yuhang Wu, Deshui Yu, Xing Fang and Guojun Yuan

　　摘要 在生物基包装中实现天然生物活性化合物的稳定分散和持续的抗菌活性仍然具有挑战性。在本研究中，开发了含有β-环糊精-姜黄素包合物（Cur/β-CD）的壳聚糖（CS）薄膜，以改善薄膜性能并延长海鲈鱼的冷藏保存时间。这些CS/Cur/β-CD薄膜通过一步溶液浇铸法制备，无需中间分离或纯化步骤。优化了包合物的制备条件，并对所得薄膜的拉伸强度（TS）、断裂伸长率（EAB）和水蒸气透过率（WVP）进行了评估。在测试的配方中，当Cur:β-CD比为1:1、温度为40°C、时间为1小时时（1:1 40°C 1 h），薄膜在TS、EAB和WVP方面表现出最佳性能。因此，选择了该配方进行后续的结构表征、抗菌性能评估和保存效果测试。与纯CS薄膜相比，1:1 40°C 1 h配方的薄膜拉伸强度提高了156%，水蒸气透过率降低了28.5%。该复合薄膜对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）表现出可测量的抗菌活性。在8天的冷藏储存期间，该薄膜抑制了总活菌数（TVC）的增加，减缓了pH值的上升，并延缓了总挥发性碱氮（TVB-N）的积累，从而在整个观察期间保持了良好的微生物质量。与未包装的PE薄膜和CS薄膜对照组相比，处理过的样品在储存期间表现出更好的保存性能。总体而言，引入Cur/β-CD是一种简便的方法，可以改善CS薄膜在冷藏储存期间的机械强度、防潮性能、抗菌活性和保存性能，突显了其在冷冻水产品活性包装中的应用潜力。

1. 引言 随着对食品安全、健康意识和环境可持续性的关注日益增加，食品包装材料正从高阻隔性、低成本的产品转向绿色、低碳和功能集成的替代品。尽管传统的石油基塑料包装具有良好的加工性能和阻隔性能，但由于其对化石资源的依赖、有限的生物降解性和在环境中的长期积累，已成为主要问题。因此，许多国家和地区正在加强对一次性塑料的限制，并加速开发和采用替代材料[1]。在这种背景下，天然来源的功能性绿色包装材料的研究成为食品包装领域的一个主要方向[2,3]。壳聚糖（CS）是一种天然衍生的阳离子多糖，具有良好的生物相容性、成膜能力和固有的抗菌活性，使其成为可食用薄膜和活性包装的理想候选材料[4]。然而，纯壳聚糖薄膜往往机械强度不足且防潮性能差，限制了其在食品包装中的实际应用[5]。最近的研究表明，通过添加功能性成分（如多糖和多酚）或构建交联网络和多层结构，可以改善壳聚糖薄膜的机械性能和阻隔性能，同时提供抗氧化和抗菌功能[6]。因此，开发基于壳聚糖的复合材料具有重要的科学意义和实际价值，特别是因为它能够协同优化机械性能、阻隔性能和功能活性的保留。姜黄素（Cur）是一种天然存在的多酚类色素，具有抗氧化和抗菌活性，并对pH变化表现出可逆且可见的颜色响应，使其成为用于指示食品新鲜度的智能包装材料的理想候选物[7]。姜黄素不仅抑制病原微生物（如S. aureus、E. coli和Listeria monocytogenes）的生长，还能延缓食品的氧化变质[8,9]。作为活性成分，姜黄素可以提高包装材料的防腐性能。此外，其pH响应特性使包装材料能够实时指示食品的新鲜度和腐败情况，有利于智能监控[10]。近年来，姜黄素被广泛用于易腐食品（尤其是肉类和海鲜）的包装中，以延长保质期并提高食品安全性。它还经常与其他天然抗菌剂结合使用，以进一步增强包装薄膜的功能性能[11,12]。然而，姜黄素在水中的溶解度较低，在光、热和氧的作用下稳定性有限，容易降解。这些限制影响了其在薄膜基质中的分散性和持续性能，从而影响了智能指示剂的可靠性和长期有效性[13]。为了克服这些挑战，最近的研究广泛采用了基于载体的包封、纳米递送系统和结构杂交策略来提高姜黄素的稳定性并实现可控释放[13,14]。β-环糊精（β-CD）是一种天然衍生的环状寡糖，具有疏水腔和亲水外壳。通过主客体包合作用，β-CD可以包封疏水小分子，从而显著提高它们在水中的分散性和环境稳定性[15,16]。先前的研究表明，Cur/β-CD包合物可以提高姜黄素的溶解度，并使其在各种薄膜基质中实现持续释放，从而改善抗氧化和抗菌性能，促进食品保存[17,18,19]。因此，将β-环糊精提供的包合物稳定作用与壳聚糖的成膜和抗菌性能结合起来，为开发具有改进结构稳定性和活性保存功能的基于壳聚糖的包装系统提供了一种可行的方法。目前报道的大多数含Cur/β-CD的复合薄膜都是通过逐步或多步制备途径制备的[14,18,19,20]。尽管这些方法便于对包合物进行表征和定量控制，但通常需要额外的预处理、分离和纯化步骤，从而增加了工艺复杂性和溶剂及能源消耗。从实际应用的角度来看，这些额外操作可能会降低工艺效率并阻碍后续应用。因此，在保持姜黄素稳定分散和持续功能的同时简化制备过程仍然是一个重要目标。基于此，本研究探索了一种更直接的含Cur/β-CD壳聚糖薄膜的制备路线。使用壳聚糖作为成膜基质，并将其与姜黄素结合形成主客体包合物。然后通过一步浇铸过程将所得的Cur/β-CD系统直接加入壳聚糖浇铸溶液中，无需单独分离或纯化包合物。与以往报道的传统逐步方法相比，这种策略减少了中间处理步骤，简化了整体制备流程。这种简化的方法有助于保持姜黄素在薄膜基质中的分散性并支持其可控释放行为。基于这一制备策略，本研究重点优化了包合物的制备条件，并评估了所得薄膜的性能。通过综合分析TS、EAB和WVP确定了最佳配方。随后对所得薄膜进行了结构表征、抗菌性能评估和冷藏保存测试。本研究旨在阐明包合物制备过程对薄膜结构和性能的影响，并为功能性食品包装材料的设计和开发提供实验基础。

2. 材料与方法
2.1. 材料与试剂 从中国合肥的当地超市购买了新鲜的海鲈鱼。壳聚糖和姜黄素从Macklin（上海）购买，β-环糊精（β-CD）从Aladdin（上海）购买，甘油从Titan Technology Co., Ltd.（上海）购买。大肠杆菌（DH5α）在我们实验室中维持培养，金黄色葡萄球菌（CMCC 26003）从青岛海波（青岛）获得。
2.2. CS/Cur/β-CD复合薄膜的制备 使用溶液浇铸法制备CS/Cur/β-CD复合薄膜。将壳聚糖溶解在100 mL 1%（v/v）醋酸水中，在40°C水浴中磁力搅拌1小时，得到2%（w/v）的壳聚糖溶液。将β-环糊精在去离子水中加热并搅拌至完全溶解，然后备用。准确称量姜黄素，溶解在无水乙醇中，并在 amber 容量瓶中稀释至所需体积，得到姜黄素-乙醇储备溶液。在所有实验条件下，壳聚糖/β-环糊精/姜黄素复合成膜溶液中的姜黄素浓度保持在0.8 mg mL?1，而β-环糊精的用量根据姜黄素的量和预定义的nCur:nβ-CD比计算。按预定比例将姜黄素-乙醇储备溶液逐滴加入β-环糊精溶液中。加入后，在预定义的包合物条件（Cur/β-CD摩尔比、温度和搅拌时间；表1）下进一步搅拌，以促进包合物的形成并生成Cur/β-CD分散体。然后将Cur/β-CD分散体缓慢加入2%（w/v）的壳聚糖溶液中，同时磁力搅拌。以30%（w/w）的壳聚糖质量加入甘油作为增塑剂，继续搅拌直至获得均匀的成膜溶液。所得成膜溶液在超声浴中脱气，倒入Petri皿中，然后在烤箱中干燥24小时形成薄膜。根据nCur:nβ-CD比、反应温度和包合物时间（h）对制备的薄膜进行命名，例如1:1 40°C 1 h。完全干燥后，薄膜在25°C和50%相对湿度下储存，以备进一步表征。
表1. Cur/β-CD包合物系统的制备条件。纯CS对照膜的制备方法如下：向2%（w/v）的壳聚糖溶液中加入30%（w/w）的甘油作为增塑剂，搅拌均匀后，在超声浴中脱气，倒入Petri皿中，然后在烤箱中干燥24小时形成薄膜。干燥后，薄膜在25°C和50%相对湿度下储存，以备进一步使用。
2.3. 拉伸强度和断裂伸长率 使用配备A/TG拉伸夹具的TA.XT plus-texture分析仪（Stable Micro Systems，英国Godalming）测量薄膜的机械性能。夹具的最大推荐拉伸载荷为50.00 kg，触发力为5.0 g。薄膜样品切成哑铃形（外尺寸20 × 60 mm，内尺寸10 × 40 mm）。初始夹具间距为40 mm，拉伸速度为1 mm/s。
2.4. 水蒸气透过率测量 水蒸气透过率（WVP）根据Du等人的方法[21]测定。将每个薄膜用橡皮筋密封在装有50 mL蒸馏水的Erlenmeyer烧瓶口上，记录初始质量m1（g）。然后将烧瓶放入干燥器中，在25°C下保持18小时，之后记录最终质量m2（g）。根据以下公式计算WVP：
(1)
其中水蒸气透过率（WVP）以g·m/(m2·s·Pa)表示，H为薄膜厚度（m）。薄膜厚度使用数字厚度计测量。选择薄膜表面的五个随机位置进行测量，取这些测量的平均值作为薄膜的总体厚度。S为薄膜覆盖的烧瓶口的有效面积（m2），t为时间间隔（s）。ΔP表示薄膜两侧的水蒸气分压差（Pa）。假设干燥器提供0%的相对湿度；因此，薄膜两侧的相对湿度梯度为100%，ΔP设为3170 Pa。
2.5. 颜色测量 使用颜色差异计（ZE7700；Nippon Denshoku，东京，日本）在反射模式下测量薄膜的表面颜色。使用白色标准板对仪器进行校准，在薄膜的不同位置进行三次测量。颜色用CIE L*a*b*颜色空间表示，其中L*表示亮度，a*表示红绿坐标，b*表示黄蓝坐标。总颜色差（ΔE）根据以下公式计算：
(2)
2.6. 傅里叶变换红外（FTIR）光谱 使用Nicolet iS10红外光谱仪（Thermo Fisher Scientific，美国Waltham，MA）在4000–400 cm?1的范围内记录薄膜的FTIR光谱，分辨率为4 cm?1。
2.7. 扫描电子显微镜（SEM） 使用扫描电子显微镜（SU8600；Hitachi，东京，日本）观察薄膜的表面和横截面形态。将样品切割到所需大小，喷镀金，然后在4000倍放大倍数下观察薄膜表面。通过在液氮中破裂薄膜制备横截面，并在5000倍放大倍数下成像。**热重分析**
薄膜的热稳定性通过热重分析仪（TGA55；TA Instruments，美国特拉华州新卡斯尔）进行评估。热重分析在氮气氛围下进行，温度范围为30°C至800°C，加热速率为10°C/min。记录了质量损失与温度的关系，以获得热重（TG）曲线和导数热重（DTG）曲线。

**2.9 抗菌活性测定**
薄膜的抗菌活性采用琼脂扩散法进行评估。将大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的悬浮液调整至OD600为0.005，并均匀涂布在培养基表面。随后，使用无菌打孔器将薄膜切割成直径为6毫米的圆形圆片，放置在接种后的培养基上。平板在37°C下培养24小时，之后测量并拍摄抑制圈的直径。

**2.10 保鲜性能评估**
海鲈鱼去鳞后，去除头部、尾部和内脏。用无菌水冲洗鱼肉以去除残留血液和杂质，然后沥干。在无菌条件下，将预处理后的海鲈鱼肉分为20克每组，每组再分成四个5克的子样本。设置四个处理组：（A）未包装对照组；（B）直接用聚乙烯（PE）薄膜包裹组；（C）直接用CS薄膜包裹组；（D）1:1混合物在40°C下包裹1小时组。直接用相应薄膜材料包裹后，所有样本均放在Petri皿中，在4°C下储存8天。在储存的第2、4、6和8天分别取四个子样本进行分析，而初始质量指数在第0天确定。在每个采样点测量pH值和总大肠菌群数（TVC）。pH值使用校准过的pH计测量，TVC按照GB 4789.2-2022标准测定[22]。TVB-N值根据GB 5009.228–2016标准[23]稍作修改后测定。具体方法是将5.00克样品与50毫升蒸馏水混合均匀，室温下提取30分钟后再过滤。收集上清液30毫升用于后续分析。立即将10毫升上清液与10毫升氧化镁悬浮液混合，使用凯氏氮分析仪（中国济南）测定TVB-N值。

**2.11 统计分析**
统计分析使用IBM SPSS Statistics 27软件进行。机械性能、阻隔性能及其他相关定量测量均重复三次，结果以平均值±标准差表示。样本间的差异采用Waller–Duncan多重范围检验进行分析。p<0.05时认为差异具有统计学意义，不同字母表示差异显著。

**3 结果与讨论**
**3.1 机械性能**
薄膜的机械性能通过抗拉强度（TS）和断裂伸长率（EAB）来评估，分别反映其承载能力和柔韧性。薄膜的机械性能总结见表2。纯壳聚糖薄膜的抗拉强度为14.90 MPa，断裂伸长率为33.00%。在不同掺入条件下制备的CS/Cur/β-CD复合薄膜表现出较大的变异性，抗拉强度范围为3.55至38.09 MPa，断裂伸长率范围为13.69%至34.15%。在大多数条件下，抗拉强度和断裂伸长率均低于纯CS薄膜，表明不理想的掺入条件破坏了基体的连续性，削弱了薄膜的机械强度。相比之下，1:1混合物在40°C下包裹1小时的薄膜具有最高的抗拉强度（38.09 MPa，比纯CS高156%），同时保持相似的断裂伸长率（34.15%）。因此，确定最佳掺入条件为Cur:β-CD比例为1:1，掺入温度为40°C，掺入时间为1小时。

**3.2 水蒸气阻隔性能**
水蒸气透过率（WVP）是薄膜阻隔性能的关键指标，数值越低表示对水蒸气传输的抵抗力越强。如表3所示，薄膜的WVP受制备条件显著影响。1:1混合物在40°C下包裹1小时的薄膜具有最低的WVP，比纯CS薄膜低28.5%，而1:3混合物在60°C下包裹2小时的薄膜具有最高的WVP，表明其阻隔性能最弱。这些结果表明，适当的Cur/β-CD比例结合合适的制备条件可以有效提升壳聚糖薄膜的水蒸气阻隔性能。这种改善可能归因于Cur/β-CD复合物在壳聚糖基体中的均匀分布以及分子间相互作用的增强，共同促进了更密集网络结构的形成，从而减少了水蒸气的扩散路径并增加了传输路径的曲折度[20,24]。

**3.3 颜色差异**
表4显示，纯CS薄膜的L*值较低，a*和b*值接近零，表明其色调几乎中性但颜色较深。加入Cur/β-CD复合物后，所有复合薄膜的L*值显著升高，a*值从负值变为正值，b*值明显增加，表明颜色从接近中性转变为亮黄色-红色区域，这与姜黄素的固有特性一致[25]。此外，所有复合薄膜的ΔE值均低于纯CS薄膜，表明亮度的增加使其外观更接近白色参考值，从而降低了整体颜色差异。其中，在Cur:β-CD比例为1:1、温度为40°C、时间为1小时条件下制备的薄膜具有较高的亮度、良好的视觉清晰度和更明显的黄红色调。不同掺入条件下的颜色坐标和ΔE变化进一步表明，掺入参数影响了复合物的封装效率、粒径和聚集行为。这些效应又影响了复合物在薄膜基体中的分散和保留情况，最终影响了薄膜的视觉外观[20,26]。结合机械和阻隔性能的结果，颜色分析进一步表明掺入条件显著影响了薄膜的整体性能。不过，最佳配方是基于抗拉强度、断裂伸长率和水蒸气透过率的综合评估确定的。

**3.4 FTIR光谱分析**
如图1所示，傅里叶变换红外（FTIR）分析显示，复合薄膜总体上保留了壳聚糖的主要特征吸收带，只是峰位略有移动和强度变化。这一结果表明壳聚糖骨架仍是复合体系的主要结构基础。纯壳聚糖薄膜的特征吸收带位于3268 cm?1，对应于O–H和N–H的拉伸振动；2932和2872 cm?1的吸收带对应于–CH2和–CH3的C–H拉伸振动；1643和1544 cm?1的吸收带分别对应于酰胺I（C=O拉伸振动）和酰胺II（N–H弯曲振动/C–N拉伸振动）；1403 cm?1的吸收带对应于–CH弯曲振动；1150–1026 cm?1的吸收带与糖苷键中的C–O–C和C–O拉伸振动相关。这些特征吸收带与文献中报道的壳聚糖红外特征一致[27]。图1显示，加入Cur/β-CD后，3268 cm?1的特征吸收带移动到3284 cm?1，表明壳聚糖与Cur/β-CD之间形成了氢键相互作用。O–H/N–H吸收带的轻微移动进一步表明，尽管复合体系中引入了活性成分，但壳聚糖骨架仍占主导地位，成分主要通过非共价物理相互作用结合。这一观察结果与Lin等人的研究一致[19]。此外，复合薄膜在1643和1544 cm?1处的峰强度发生变化，3268 cm?1的吸收带变宽，指纹区域（1150–1026 cm?1）的峰形和强度也发生变化。这些结果表明，Cur/β-CD复合物的加入改变了薄膜内的氢键相互作用和局部微观环境，从而增强了分子间相互作用，可能提高了结构的致密性。Risti?等人[28]在藻酸/壳聚糖体系中同样发现，姜黄素的加入导致O–H吸收带变宽，表明与基体形成了氢键。与游离姜黄素相比，姜黄素-环糊精复合物在峰位和强度上变化更为明显，表明包合作用加强了活性成分与基体之间的相互作用。不同基质比例条件下的峰位和强度变化进一步表明，制备条件影响了活性成分在薄膜基体中的分散和保留情况，最终体现在FTIR光谱的差异上。

**3.5 扫描电子显微镜（SEM）形态观察**
如图2所示，纯壳聚糖薄膜表面光滑紧密，无可见孔洞或裂纹，截面连续且相对均匀，表明壳聚糖基体的成膜性能良好。加入Cur/β-CD后，复合薄膜的表面形态与纯CS薄膜相似，仍保持连续和紧密[19]，表明Cur/β-CD的加入并未显著改变薄膜表面形态。相比之下，CS/Cur/β-CD薄膜的截面显示出局部凸起特征和略微增加的粗糙度，表明Cur/β-CD的加入降低了截面的均匀性。这些形态变化可能与Cur/β-CD在壳聚糖基体中的分布及由此产生的局部微观结构异质性有关。为了进一步表征薄膜结构，薄膜的XRD图谱见补充材料（图S1）。

**3.6 热稳定性**
如图3A、B所示，TG-DTG分析显示，纯壳聚糖薄膜和1:1混合物在40°C下包裹1小时的薄膜均表现出典型的多阶段热分解模式。第一阶段失重发生在50–120°C，主要由于吸收水分和部分结合水的蒸发。相应DTG峰值分别为纯壳聚糖的78°C和复合薄膜的71°C。第二阶段失重发生在130–220°C，通常与壳聚糖中脱乙酰化和侧基团的初步降解有关。在此温度范围内，纯壳聚糖薄膜在159°C和198°C处出现两个次级DTG峰，而复合薄膜在185°C处出现一个相对集中的峰。这些结果表明，Cur/β-CD的加入改变了中温区域的熱降解路径。这种多阶段分解模式与先前的研究一致，即壳聚糖薄膜通常经历三个阶段：低温失水、130–220°C的过渡降解和220–400°C的主热解。后两个阶段主要归因于脱乙酰化结构的降解和糖苷键的断裂[29]。两个样品的主要热分解阶段均发生在220–350°C。纯壳聚糖薄膜的主要DTG峰值约为280°C，复合薄膜约为277°C。尽管复合薄膜的主要降解峰略微移向较低温度，但其在300°C、400°C和800°C时的残余质量分别约为41%、31%和24%，均高于纯壳聚糖的38%、29%和23%。这些结果表明，Cur/β-CD的加入提高了薄膜系统在主要热降解阶段的的质量保留能力，并增强了高温下的炭化物保留。这种现象可能与包合物的填充或限制效应以及增强的氢键相互作用有关。这些效应可能会限制壳聚糖分子链的移动性，从而提高其对热分解的抵抗力。在其他基于Cur/β-CD的生物聚合物薄膜系统中也报告了类似的热稳定性提升[30]。图3显示了CS薄膜和1:1 40°C 1小时处理后的薄膜的TG（A）和DTG（B）曲线。

3.7 复合膜的抗菌活性
如图4A、B和表5所示，纯CS薄膜对大肠杆菌（E. coli）或金黄色葡萄球菌（S. aureus）没有观察到明显的抑制圈，这与先前的研究结果一致，即壳聚糖或固定在薄膜中的活性成分在琼脂中的扩散受限可能阻碍了可检测到抑制圈的形成[31]。相比之下，1:1 40°C 1小时处理后的薄膜对大肠杆菌产生了3.7 ± 0.346毫米的抑制圈，对金黄色葡萄球菌产生了3.3 ± 0.322毫米的抑制圈，表明在当前条件下加入Cur/β-CD能够实现可检测的扩散性抗菌活性。这些抑制圈的大小较为适中，因此应谨慎解读。琼脂盘扩散试验是一种定性或半定量的分析方法，抑制圈的大小受到活性成分在琼脂中的扩散性、溶解度、释放行为和基质相互作用的影响[32]。因此，仅凭抑制圈的直径不足以全面反映基于壳聚糖的控制释放薄膜的抗菌性能。这一解释得到了相关壳聚糖-环糊精-姜黄素系统的支持，在这些系统中，抗菌性能通常通过抗菌效率和防腐效果来评估，而不仅仅是抑制圈的大小[19,20]。此外，对于结构类似的系统也有报道显示抑制圈的大小会有显著差异[33]，这进一步表明抑制圈的大小会随着薄膜组成的不同而变化。因此，目前的结果更适当地被解读为CS/Cur/β-CD薄膜具有可检测的扩散性抗菌活性的证据，而不仅仅是高绝对抗菌效力。

图4显示了CS薄膜和1:1 40°C 1小时处理后薄膜对大肠杆菌（A）和金黄色葡萄球菌（B）的抑制圈图像。红色虚线圆圈表示围绕薄膜样本形成的抑制圈。

表5显示了CS/Cur/β-CD薄膜的抑制圈平均直径。

3.8 复合膜对海鲈鱼保鲜性能的分析
不同包装方法对海鲈鱼保鲜效果的影响如图S2所示。图5显示了海鲈鱼在冷藏储存过程中的总细菌计数（TVC）变化。薄膜样本的TVC值见表S1。以10^6 CFU·g^-1作为可接受的TVC限值[34]，未包装和PE包装的组在大约2天后均超过了这一阈值。结果表明，PE包装仅提供了有限的保鲜效果，主要起到了被动物理屏障的作用，没有显著的抗菌活性[35]。相比之下，CS薄膜更有效地延缓了微生物生长，并将TVC维持在可接受限值以下约4天。这种效果可能归因于壳聚糖的质子化氨基与酸性条件下带负电荷的微生物细胞表面之间的静电相互作用，这种相互作用可以破坏细胞膜的完整性[36]。图5显示了复合膜在冷藏储存过程中对海鲈鱼TVC的影响。在所有处理方法中，1:1 40°C 1小时处理的薄膜表现出最强且最持久的抗菌效果。其TVC在整个储存期间都保持在可接受限值以下，并且在储存后期显著低于其他组（p < 0.05），表明其具有更好的微生物稳定性。这种优势可能与β-CD的包合作用有关，该作用可以改善疏水性活性成分的分散并支持其持续释放[37]。此外，姜黄素可能通过多种机制抑制微生物[38,39]。先前的研究也表明，壳聚糖-姜黄素复合系统的性能优于相应的单一组分系统，这支持了两种组分之间存在加成或协同效应的可能性[40,41]。

图6显示了海鲈鱼在冷藏储存过程中的pH变化。薄膜样本的pH值见表S2。1:1 40°C 1小时处理的薄膜最初pH值下降，随后缓慢上升，并在整个储存过程中保持最低pH值。其pH值在储存后期显著低于其他组（p < 0.05），表明其有效延缓了碱化过程。相比之下，未包装组的pH值持续上升，在储存后期达到最高值（p < 0.05），表明碱性代谢物的积累最多。PE包装组仅对质量劣化有有限的抑制作用，而CS包装组在一定程度上延缓了pH值的上升，尽管效果不如复合膜明显。鱼肉肌肉的pH值通常在冷藏储存初期下降，随后上升。初期下降主要是由于糖原酵解产生乳酸，而后期上升则与微生物生长和内源性酶活性有关，这些因素促进了氨和胺等碱性代谢物的形成[42]。与对照组相比，复合膜在整个储存过程中保持了较低的pH值和较慢的上升速率。这一发现表明，复合膜可能通过抑制微生物生长和减少碱性代谢物的积累来延缓腐败。

图6显示了复合膜对海鲈鱼在冷藏储存过程中pH的影响。TVB-N是衡量鱼类新鲜度的重要指标，其增加与储存过程中腐败微生物的生长和含氮化合物的降解密切相关[44]。如图7所示，所有组的TVB-N在储存过程中均有所增加，且各处理组之间存在显著差异，表明包装方法显著影响了冷藏条件下的质量劣化。薄膜样本的TVB-N值见表S3。未包装组的TVB-N增加最快，在储存中和后期显著高于其他组（p < 0.05），表明腐败最严重。PE包装组在一定程度上延缓了TVB-N的增加，但在储存后期TVB-N值仍然显著上升。相比之下，CS组和1:1 40°C 1小时处理组有效抑制了TVB-N的积累。其中，1:1 40°C 1小时处理组在整个储存过程中保持了最低的TVB-N水平，表明其对挥发性碱性氮的积累具有最强的抑制作用。对于淡水鱼，通常认为TVB-N值约为20 mg/100 g是可接受的新鲜度限值[45]。在本研究中，未包装组在第4天就超过了这一限值，而PE包装组在大约第6天超过了这一限值。CS组在储存结束时接近或略超过这一限值，而1:1 40°C 1小时处理组即使在第8天仍接近临界水平。这些结果表明，该处理有效延缓了TVB-N的积累，减缓了蛋白质的腐败，并保持了更好的新鲜度。

4. 结论
开发了一种含有β-环糊精-姜黄素包合物（CS/Cur/β-CD）的功能化壳聚糖复合膜。通过综合评估拉伸强度、断裂伸长率和水蒸气渗透性，确定了最佳包合条件为在40°C下Cur/β-CD的摩尔比为1:1，处理时间为1小时。通过直接将制备好的Cur/β-CD包合物系统加入壳聚糖溶液中（无需分离或纯化），采用一步铸膜法制备了优化后的复合膜。在最佳条件下，复合膜的拉伸强度比纯CS膜提高了约156%，而水蒸气渗透性降低了28.5%，表明其机械性能和防潮性能得到了同时改善。优化的复合膜还对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌产生了明显的抑制圈，证明加入Cur/β-CD使其具有扩散性抗菌活性。当应用于4°C下储存的海鲈鱼时，优化的复合膜有效抑制了微生物生长，8天的储存期间总活菌数始终低于10^6 CFU·g^-1的公认限值。此外，复合膜显著延缓了冷藏储存过程中TVB-N的增加。处理后的样本在储存第8天仍然接近可接受的新鲜度阈值，表明蛋白质降解和新鲜度保持效果更好。同时，储存过程中pH值先下降后逐渐上升。用复合膜包装的样本保持了最低的pH值，并在后期上升速度较慢，表明碱性化过程延迟。这一趋势与该处理组较低的TVB-N水平一致。总体而言，这些结果表明，优化的复合膜能够同时抑制微生物增殖、延缓含氮化合物的降解和碱性化过程，从而为冷藏储存的海鲈鱼提供了最佳的保鲜效果。

未来的研究应进一步阐明Cur/β-CD在薄膜基质中的释放动力学，并阐明其潜在的抗菌和抗氧化机制。这些研究应结合TVB-N、挥发性胺类、蛋白质和脂质氧化指数以及微生物群落的系统评估来进行。此外，还应在与分销相关的条件下验证薄膜的适用性，并进行安全性和规模放大评估，包括活性成分的迁移、感官影响、成本和生物降解性等方面。还需要进行过程级分析和生命周期评估，以评估这种制造策略的可扩展性和环境影响，并确定其在实际应用中的潜在优势。

补充材料
以下支持信息可在以下链接下载：
https://www.mdpi.com/article/10.3390/cryst16050287/s1
- 图S1：CS薄膜和CS/Cur/β-CD（1:1, 40°C, 1小时）薄膜的XRD图谱[47]
- 图S2：不同包装方法对海鲈鱼保鲜效果的影响
- 表S1：薄膜样本的TVC值
- 表S2：薄膜样本的pH值
- 表S3：薄膜样本的TVB-N值