根据ESI（Essential Science Indicators）2023年11月公布的最新统计数据，我院王相友教授团队程萌博士生发表在国际食品顶级期刊《Food Hydrocolloids》（中科院一区Top，IF=11.504）上的论文“Effect of dual-modified cassava starches on intelligent packaging films containing red cabbage extracts”（2022, 124: 107225）同时入选ESI热点论文（Top 0.1% Hot Paper）和高被引论文（Top 1% Highly Cited Paper）。同年3月，发表在国际期刊《Journal of Food Engineering》（中科院一区Top，IF=6.203）上的论文“An eco-friendly film of pH-responsive indicators for smart packaging”（2022, 321: 110943）也入选ESI高被引论文。
论文针对构建pH指示型智能包装系统展开研究，利用智能反应因子（紫甘蓝花青素）监测、跟踪、反馈膜内外部环境的变化，通过不同双改性淀粉（氧化羟丙基淀粉、乙酰化磷酸二淀粉(ADSP)和氧化乙酰化淀粉）中的阴离子与花青素通过静电相互作用和氢键形成稳定的配合物，从而增强了花青素的稳定性（如图1）。
图1 pH指示智能包装膜的工艺流程和化学交联机理示意图
在pH为2~7的缓冲溶液中，包装膜颜色从粉红色到紫色变化，在pH为8~12的缓冲溶液中由蓝色变为黄绿色（图2）。在不同的pH环境下，天然木薯淀粉基和双改性木薯淀粉基复合膜的颜色变化显著，具有较强的pH敏感性。
图2 天然木薯淀粉(NS)、氧化羟丙基淀粉(OHS)、乙酰化二淀粉磷酸酯(ADSP)和氧化淀粉基智能膜的颜色反应
添加紫甘蓝花青素后的包装膜对可见光（400~800 nm）和紫外光（200~400 nm）的屏蔽效率显著增强（图3）。这一性能的提升有助于保护被包装的食品免受紫外线引发的食品变质。
图3 添加不同浓度RCAE包装膜的光阻隔性分析
负载RCAE智能包装体系的颜色响应效率和比色分析，制备的pH指示智能包装膜颜色变化强度随RCAE浓度的增加而增强。挥发性氨的检测与统计模型拟合达到R2=0.94且P<0.01。
图4 (A) a*值随RCAE浓度和熏蒸时间变化函数的响应面图，(B) ΔE*变化趋势
包装膜的颜色响应机制与膜表面的NH3分子和存在于膜表面及聚合物链中的水分子相互作用产生NH4+和OH1有关，OH1引起花青素结构的变化，促进包装膜的颜色变化。
图5 花青素颜色响应的结构变化
该研究通过淀粉的复合改性和膜配方优化实现智能包装性能的精准定向调控，制备了机械强度、氧气/二氧化碳/水蒸汽通透性较优的高性能膜材料。紫甘蓝花青素作为膜材中的pH智能因子，在不同的酸碱环境中结构的可逆变化产生明显的变色行为，使该膜材具有了实时指示包装环境pH变化的能力。该研究为淀粉、花青素等生物材料在食品包装中的应用提供了理论依据和实践探索，将为新型食品包装材料的开发拓展新的方向。
山东理工大学为本文的第一署名单位，王相友教授为本文的通讯作者。本研究得到国家自然科学基金面上项目（31972144）资助。
（农业工程与食品科学学院 张荣飞 供稿）
编辑：周鑫雨