综述：基于壳聚糖的水凝胶在食品保鲜应用中的交联策略与功能化改性方法：综述

壳聚糖水凝胶通过交联机制实现食品保存，兼具环保与安全优势，其功能化改进策略及在水果、肉类、水产品中的应用案例被系统分析，同时探讨了工业化面临的挑战与前景。

黄泽豪|田双|杨颖颖|张家成|兰春晓|李月璐|黄丽杰|黄崇星|赵慧|段青山

广西大学轻工与食品工程学院，中国南宁市，530004

摘要

长期以来，由于水凝胶独特的三维网络结构和优异的物理化学性质，它们在生物医学、组织工程和缓释药物方面得到了广泛的发展和应用。壳聚糖是一种天然丰富的多糖，具有出色的生物相容性、生物降解性和抗菌性。基于壳聚糖的水凝胶在众多领域展现出广泛的应用前景。特别是在食品领域，基于壳聚糖的水凝胶因能够满足绿色和安全的保存要求而成为研究热点。本文系统分析了过去五年中直接用于食品保存的壳聚糖基水凝胶的交联机制，全面总结了它们的典型性质，并重点探讨了功能修饰策略。基于这些性质，本文还讨论了壳聚糖基水凝胶在水果、肉类和水产品保存中的实际应用案例。同时，本文批判性地审视了壳聚糖基水凝胶在食品保存领域的发展前景和挑战。这些核心见解提供了一个以应用为导向的新视角，为有针对性的修饰和先进加工技术提供了方向，从而有助于充分发挥其在可持续食品包装中的核心价值。

引言

食品在为人类健康提供必需营养素方面发挥着至关重要的作用。然而，它极易受到氧化、微生物污染和机械冲击等环境因素的影响。这不仅会导致巨大的经济损失，还会对消费者构成严重的健康风险（Bangar, Whiteside, Kajla, & Tavassoli, 2023; H. Lv, et al., 2024）。统计数据显示，由于食品变质造成的全球年损失高达13亿吨，凸显了当前保存技术面临的严峻挑战（L. Zhang, et al., 2023）。目前，化学防腐剂和低温冷藏被广泛用于食品保存。虽然这些方法可以在一定程度上延缓食品变质，但它们难以克服高能耗、环境污染和潜在健康风险等固有缺点。像苯甲酸钠、乙醇和臭氧这样的化学防腐剂常常会导致环境污染，留下残留物，并带来隐藏的危险。此外，这些物质的非法或过量使用使得赢得消费者信任变得困难（L. Li, et al., 2025）。因此，基于天然材料的绿色保存技术的发展已成为该领域的一项紧迫需求和研究重点。

在这种背景下，作为一种具有三维网络结构的新类型功能材料，水凝胶不仅能在液态环境中吸收和保持大量水分同时保持结构完整性（Dodda, et al., 2022; Mo, et al., 2024），还具有高孔隙率、优异的持水能力和良好的生物相容性（Gul, et al., 2022）。这些性质赋予了多种综合优势，如精确的微环境调节、促进活性成分的持续释放以及适应各种封装形式以形成物理保护屏障。此外，通过设计，它们可以实现环境响应机制，并已成功应用于食品保存（Dangfeng Wang, et al., 2023）、活性包装（Y. Zhao, et al., 2022）、新鲜度指示（Jang, et al., 2023）、生物医学工程和环境修复（Tarighatjoo & Karimi et al., 2024; Liu & Chen et al., 2024）。在用于制备水凝胶的众多天然生物聚合物中，壳聚糖因其丰富的原材料、优异的生物降解性和独特的凝胶形成能力而备受青睐（Bakshi, Selvakumar, Kadirvelu, & Kumar, 2020）。其分子链上的活性功能基团（如氨基和羟基）为物理或化学交联提供了理想的位点，有助于构建三维网络（Guan, et al., 2025; Debao Wang, et al., 2023）。更独特的是，壳聚糖具有内在的抗菌活性，主要通过破坏微生物细胞膜、螯合必需金属离子和抑制关键酶活性等机制实现（Y. Deng, et al., 2021）。这直接解决了食品保存中最突出的问题——微生物污染，使壳聚糖成为食品保存水凝胶领域的重要研究焦点。

尽管在基于壳聚糖的水凝胶用于食品保存方面取得了显著的研究进展（Chelu, 2024），但其实际应用仍受到机械强度不足和功能有限等固有局限性的制约。提高综合性能——包括机械强度、长期的抗菌/抗氧化效果以及大规模生产中的稳定性——仍是当前研究的关键挑战。因此，本综述主要关注过去五年的研究，介绍了用于食品保存的壳聚糖基水凝胶的交联策略，并分析了这些方法的优点和局限性。随后，本综述总结了壳聚糖基水凝胶的典型性质，并分析了它们在食品领域的积极作用。它对功能化修饰策略进行了深入评论。最后，本综述讨论了当前在食品保存方面的研究成就和应用前景，旨在为设计高性能、多功能壳聚糖基保存水凝胶提供理论基础和创新思路，从而促进这一材料系统的进一步发展和应用。

章节片段

用于食品保存的壳聚糖基水凝胶的制备方法

壳聚糖基水凝胶的交联方法是调节其保鲜性能的核心因素。制备方法通常分为物理交联和化学交联，具体选择取决于所需的水凝胶特性和应用要求。存在许多交联水凝胶的方法。然而，根据本文的重点，以下研究专门分析了

壳聚糖基水凝胶的典型性质

壳聚糖基水凝胶表现出多种特征功能性质，包括优异的膨胀性能、多孔性能、机械性能、卓越的抗菌和抗氧化性能、智能响应性以及良好的生物相容性和生物降解性。这些属性为食品保存提供了广泛的应用前景。本章系统总结了基于壳聚糖的水凝胶的核心性质（图4）

用于食品保存的壳聚糖基水凝胶的功能修饰策略

理想的食品包装材料必须具备出色的性能才能有效应用于食品保存。然而，单一组分的壳聚糖水凝胶存在机械性能差和功能不足的问题，如抗菌和抗氧化能力有限，限制了其在食品领域的广泛应用。因此，可以通过加入生物活性材料、纳米颗粒、混合等方式实现功能增强

水果保存

水果具有地域性和季节性特征，水分含量高，容易受到微生物污染，并且新陈代谢活跃，导致保质期短和储存条件苛刻。收获后，由于水分流失和呼吸作用，它们容易变质，从而导致经济损失和食物浪费。因此，水果和蔬菜的保存已成为研究热点（Han, et al., 2024）。传统的保存技术包括辐照、冷藏

结论与未来展望

绿色、环保和健康的食品保存包装是一个重要的研究方向。壳聚糖是一种全球丰富的材料，来源于多种生物聚合物，正在引领基于生物材料的复兴。作为一种用于食品保存的绿色生物材料，基于壳聚糖的水凝胶由于其天然的生物降解性、生物相容性和结构可调性而展现出显著的应用价值。本文首次系统回顾了这方面的进展

挑战与未来发展

尽管在基于壳聚糖的水凝胶方面取得了显著进展，但在大规模应用、更广泛的场景适应性和工业化方面仍存在挑战：

i.

原材料的成本效益。虽然壳聚糖来源于水生加工废弃物，但高纯度提取需要复杂的纯化过程。粗壳聚糖的结构不一致性会影响性能稳定性。纳米颗粒的合成能耗高且经济效率低下

CRediT作者贡献声明

黄崇星：监督、资源获取、资金筹集。赵慧：监督、资源获取、资金筹集。段青山：软件、正式分析。黄泽豪：写作——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、正式分析、概念化。田双：调查、正式分析。杨颖颖：验证、正式分析。张家成：调查、正式分析。兰春晓：验证、调查。李月璐：方法学、正式分析。

未引用参考文献

Chen et al., 2022; Chen et al., 2022; Deng et al., 2021; Li et al., 2025; Li et al., 2025; Li et al., 2025; Li et al., 2023; Li et al., 2025; Lv et al., 2024; Wang et al., 2023; Wang et al., 2024; Wang et al., 2023; Wang et al., 2024; Wang et al., 2025; Wang et al., 2024; Wang et al., 2024; Wang et al., 2025; Wang et al., 2024; Gao et al., 2023; Zhang et al., 2025; Zhang et al., 2024; Zhang et al., 2023; Zhao et al., 2025.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

数据可用性

本文描述的研究未使用任何数据。

利益冲突声明

☒ 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（项目批准编号：22468007）和广西自然科学基金（授权号：2025GXNSFAA069614）的支持。