近日，Small发表了pg电子娱乐平台下载食品科学技术学院胡冰教授课题组题为“Heterogeneity in Diameters of Protein Fibrils and Chitosan for a High CO2/O2Selectivity and Desired Mechanical Properties of Edible Bioplastic Films”的研究论文，揭示了食品蛋白质纤维和多糖的直径分布异质性调节可食用生物塑料膜机械性能和气体选择性机制，在提增全食物营养品质中发挥重要作用。
可持续与人类健康是全球发展的共同目标，也是未来食品发展的主旨所在。构建可食用生物塑料膜有望在应对食物与营养危机、塑料/微塑料危机方面做出贡献。然而，完全由可食用天然聚合物制备的膜结构普遍存在机械性能与气体透过选择性弱的问题，难以在提增全食物营养中发挥包装保鲜的作用。本研究工作通过在壳聚糖基质中原位诱导绿豆蛋白纤维化，显著地提高了复合膜中分散相密集结构域的含量，构建了可食用生物塑料膜，具有目前文献报道最高的CO2/O2的透过选择性系数；具有与传统石油基塑料膜相当的机械性能，水分阻隔性强；具有热塑封能力，制成方便购物袋，能够装盛5公斤物品；具有显著的表面抗菌活性。应用绿豆蛋白纤维-壳聚糖可食用生物塑料膜包装保鲜水果，自发地形成了高CO2、低O2含量的密闭空间环境，有效地抑制了水果采后呼吸作用，延长货架期，保持营养品质，实现了被动气调包装保鲜。绿豆蛋白纤维-壳聚糖可食用生物塑料膜可以循环利用并且完全降解。
为了进一步地探明可食用生物塑料膜的结构-功能关系机制，课题组筛选出纤维化自组装能力显著地低于绿豆蛋白的豌豆蛋白。绿豆蛋白纤维呈现出典型的多形性：长线状与短小蠕虫状纤维共存；然而，豌豆蛋白纤维主要呈现长线状。更加重要的是，在其他条件相同的情况下，绿豆蛋白纤维-壳聚糖复合膜的CO2/O2透过选择性系数和机械性能均极显著地高于豌豆蛋白纤维-壳聚糖复合膜；相应地，应用绿豆蛋白纤维-壳聚糖复合膜包装水果，自发形成的密闭空间环境中的CO2含量更高，O2含量更低，水果贮藏后的可食率更高，营养品质提增能力更强。由此发现，豆类蛋白的纤维化能力越强，所形成的复合可食用生物塑料膜的性能及其被动气调包装保鲜水果功能越强。
最终，应用小角X射线散射（SAXS）原位表征两种可食用生物塑料膜，发现复合蛋白质纤维抑制了壳聚糖晶体的生长；绿豆蛋白纤维-壳聚糖复合膜中蛋白质纤维直径和壳聚糖晶体直径的尺寸分布表现出明显的异质性特征，膜表面粗糙（扫描电镜）；豌豆蛋白纤维-壳聚糖复合膜中蛋白纤维直径和壳聚糖晶体直径的尺寸分布表现出明显的同质性特征，膜表面平滑（扫描电镜）。蛋白纤维直径和壳聚糖晶体直径的尺寸分布异质性程度高，形成更加致密的天然聚合物空间排列微观结构，内部空隙更加细密，实现了可食用生物塑料膜更强的机械性能和更高的CO2/O2透过选择性（CO2的动力学直径小于O2的动力学直径）。综上所述，本研究成果揭示了食品蛋白质纤维和多糖的直径分布异质性调节可食用生物塑料膜机械性能和气体选择性机制，被动气调包装增强全食物营养品质（图1）
图1. 蛋白质纤维和多糖的直径分布异质性调节可食用生物塑料膜机械性能和气体选择性机制，被动气调包装增强全食物营养品质
pg电子娱乐平台下载食品科技学院已毕业硕士研究生石琪鑫为第一作者，食品科技学院胡冰教授为该论文的通讯作者。贵州大学材料与冶金学院犹阳副教授、李云琦教授，pg电子娱乐平台下载食品科技学院硕士生李子言、黄天航，已毕业硕士生陈争智、赵冉，肉品质量控制与新资源创制全国重点实验室粘颖群副教授参与了本研究工作。本研究得到了国家自然科学基金面上项目，国家高层次人才特殊支持计划、pg电子娱乐平台下载“滨江基石”人才项目，江苏省自然科学基金—杰出青年基金，江苏省优势学科经费的资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202405346