一、研究背景

傳統的食品包裝材料多為石油基塑料，如聚乙烯和聚丙烯，然而，這些材料往往不可再生并且不可生物降解，導致資源浪費和環境污染。此外，人們經常在食品中添加抗氧化劑和抗菌劑，以防止食品變質，這可能對人體健康構成風險。活性包裝作為一種新興的包裝技術受到了廣泛的關注。活性包裝旨在通過改變包裝環境與食品之間的相互作用來提高食品質量并延長其保質期。隨著消費者環保意識的增強并且對食品安全和質量要求的提高，殼聚糖、淀粉、瓊脂糖等天然多糖在活性包裝上的應用越來越廣泛，這些天然多糖可以降解成水、二氧化碳和無機化合物，而不會留下有毒殘留物。羥基苯甲酸型酚酸是一類具有多種生物學特性的酚酸，包括抗菌、抗氧化、抗癌、抗炎和抗糖尿病活性，因此，它們在各種行業得到了廣泛的應用，如食品、化妝品和制藥。然而，這些酚酸的水溶性較差，穩定性不足，在光照和高溫條件下容易分解，因此，通常需要將其接枝到多糖上，以提高其水溶性和穩定性，并充分發揮其生物潛力。

集美大學肖瓊副教授團隊在《Food Hydrocolloids》期刊（IF=10.7）上發表了題目為“Active packaging coating based on agarose grafted with benzoic acid derivatives: Preparation, characterization and application in fish preservation”的文章（DOI: 10.1016/j.foodhyd.2024.110002），文章利用鹽酸碳二亞胺法制備兩種酚酸（對羥基苯甲酸和3,4-二羥基苯甲酸）修飾的瓊脂糖（Ph-Ag和Da-Ag）。Ph-Ag和Da-Ag的表征使用了各種技術，包括紫外可見光譜（UV-Vis）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、X射線光電子能譜（XPS）和核磁共振光譜（NMR）證實了兩種酚酸在瓊脂糖上成功共價接枝。文章還評估了Ph-Ag和Da-Ag的理化性質、抗氧化和抗菌特性。將改性瓊脂糖包被于草魚魚片上，4℃保存15天，證明了瓊脂糖作為一種活性包裝材料在食品保鮮方面的巨大潛力。

文章中分析瓊脂糖的流變特性用到了流變儀，并且流變儀由我們上海保圣自主研發制造，那么具體操作方法是什么呢？

二、實驗方法

1.苯甲酸衍生物改性瓊脂糖的制備

將0.33 g對羥基苯甲酸和5.0 g瓊脂糖溶解在250 mL二甲基甲酰胺（DMF）中，在30℃下劇烈攪拌，直到溶液清澈透明。隨后，將4.0 g EDC?HCl和1.0 g DMAP加入混合物中，在30℃下磁力攪拌10 h。反應結束后，用乙醇（95%，v/v）沉淀瓊脂糖，然后用乙醇過濾和沖洗三次。所得產品，記為Ph-Ag@4%，用蒸餾水透析48小時，然后冷凍干燥，隨后粉碎，得到固體粉末，記為Ph-Ag@4%。同樣，用1.05 g的Ph合成Ph- Ag，得到Ph-Ag@12%，按照程序操作。采用上述方法合成了3,4 -二羥基苯甲酸修飾瓊脂糖樣品（Da-Ag）。將Da含量為0.36 g的樣品命名為Da-Ag@4%；將Da含量為1.20 g的樣品命名Da-Ag@12%。

2.流變儀測試方法

瓊脂糖樣品的流變性使用RH20流變儀（上海保圣）測試。振蕩頻率掃描測試在25℃使用平行板（40 mm直徑，1°角，并測試2 mm間隙）。測試前，溫度和剪應力平衡5 min，在25℃ 0.1-100%范圍內進行應變掃描來建立線性粘彈性曲線。頻率掃描在25℃ 1%應變下進行（在線性粘彈性區域內）。在振蕩頻率掃描試驗中得到儲能模量（G′）和損耗模量（G″）。將1.5%（w/v）的天然瓊脂糖和改性瓊脂糖通過微波加熱溶解，然后冷卻至75℃。每次分析所用的體積為2 mL。在振蕩實驗中，樣品放置在兩個板之間。

三、實驗結果

1.天然和改性瓊脂糖頻率掃描結果分析

圖1 天然瓊脂糖和改性瓊脂糖的接觸角、水蒸氣滲透性和頻率掃描

在粘彈性區間進行動態頻率掃描測試，以確定凝膠強度的變化。多糖的彈性和粘度用儲能模量（G′）和損耗模量（G″）表示。當G′大于G″時，材料表現出更強的彈性特性，而當G″大于G′時，材料表現出更強的粘性特性。由圖1（C）和（D）可以看出，隨著頻率的增加，每組樣品的G′都大于G″，表現出明顯的彈性。這是因為瓊脂糖在25°C時是固體，因此反映了凝膠的性質。此外，這些流變參數幾乎與研究范圍內的頻率無關，證明了凝膠網絡的存在。Na-Ag的G′值最高，具有較好的彈性和凝膠強度。相反，接枝瓊脂糖衍生物（Ph-Ag和Da-Ag）的G′隨著接枝比例的增加而降低，這一趨勢與凝膠強度和透明度觀察結果一致。這表明化學修飾可能會干擾瓊脂糖分子間雙螺旋結構的形成和堆積。