近日，Small發(fā)表了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院胡冰教授課題組題為“Heterogeneity in Diameters of Protein Fibrils and Chitosan for a High CO2/O2Selectivity and Desired Mechanical Properties of Edible Bioplastic Films”的研究論文，揭示了食品蛋白質(zhì)纖維和多糖的直徑分布異質(zhì)性調(diào)節(jié)可食用生物塑料膜機械性能和氣體選擇性機制，在提增全食物營養(yǎng)品質(zhì)中發(fā)揮重要作用。
可持續(xù)與人類健康是全球發(fā)展的共同目標，也是未來食品發(fā)展的主旨所在。構(gòu)建可食用生物塑料膜有望在應(yīng)對食物與營養(yǎng)危機、塑料/微塑料危機方面做出貢獻。然而，完全由可食用天然聚合物制備的膜結(jié)構(gòu)普遍存在機械性能與氣體透過選擇性弱的問題，難以在提增全食物營養(yǎng)中發(fā)揮包裝保鮮的作用。本研究工作通過在殼聚糖基質(zhì)中原位誘導(dǎo)綠豆蛋白纖維化，顯著地提高了復(fù)合膜中分散相密集結(jié)構(gòu)域的含量，構(gòu)建了可食用生物塑料膜，具有目前文獻報道最高的CO2/O2的透過選擇性系數(shù)；具有與傳統(tǒng)石油基塑料膜相當?shù)臋C械性能，水分阻隔性強；具有熱塑封能力，制成方便購物袋，能夠裝盛5公斤物品；具有顯著的表面抗菌活性。應(yīng)用綠豆蛋白纖維-殼聚糖可食用生物塑料膜包裝保鮮水果，自發(fā)地形成了高CO2、低O2含量的密閉空間環(huán)境，有效地抑制了水果采后呼吸作用，延長貨架期，保持營養(yǎng)品質(zhì)，實現(xiàn)了被動氣調(diào)包裝保鮮。綠豆蛋白纖維-殼聚糖可食用生物塑料膜可以循環(huán)利用并且完全降解。
為了進一步地探明可食用生物塑料膜的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系機制，課題組篩選出纖維化自組裝能力顯著地低于綠豆蛋白的豌豆蛋白。綠豆蛋白纖維呈現(xiàn)出典型的多形性：長線狀與短小蠕蟲狀纖維共存；然而，豌豆蛋白纖維主要呈現(xiàn)長線狀。更加重要的是，在其他條件相同的情況下，綠豆蛋白纖維-殼聚糖復(fù)合膜的CO2/O2透過選擇性系數(shù)和機械性能均極顯著地高于豌豆蛋白纖維-殼聚糖復(fù)合膜；相應(yīng)地，應(yīng)用綠豆蛋白纖維-殼聚糖復(fù)合膜包裝水果，自發(fā)形成的密閉空間環(huán)境中的CO2含量更高，O2含量更低，水果貯藏后的可食率更高，營養(yǎng)品質(zhì)提增能力更強。由此發(fā)現(xiàn)，豆類蛋白的纖維化能力越強，所形成的復(fù)合可食用生物塑料膜的性能及其被動氣調(diào)包裝保鮮水果功能越強。
最終，應(yīng)用小角X射線散射（SAXS）原位表征兩種可食用生物塑料膜，發(fā)現(xiàn)復(fù)合蛋白質(zhì)纖維抑制了殼聚糖晶體的生長；綠豆蛋白纖維-殼聚糖復(fù)合膜中蛋白質(zhì)纖維直徑和殼聚糖晶體直徑的尺寸分布表現(xiàn)出明顯的異質(zhì)性特征，膜表面粗糙（掃描電鏡）；豌豆蛋白纖維-殼聚糖復(fù)合膜中蛋白纖維直徑和殼聚糖晶體直徑的尺寸分布表現(xiàn)出明顯的同質(zhì)性特征，膜表面平滑（掃描電鏡）。蛋白纖維直徑和殼聚糖晶體直徑的尺寸分布異質(zhì)性程度高，形成更加致密的天然聚合物空間排列微觀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部空隙更加細密，實現(xiàn)了可食用生物塑料膜更強的機械性能和更高的CO2/O2透過選擇性（CO2的動力學(xué)直徑小于O2的動力學(xué)直徑）。綜上所述，本研究成果揭示了食品蛋白質(zhì)纖維和多糖的直徑分布異質(zhì)性調(diào)節(jié)可食用生物塑料膜機械性能和氣體選擇性機制，被動氣調(diào)包裝增強全食物營養(yǎng)品質(zhì)（圖1）
圖1. 蛋白質(zhì)纖維和多糖的直徑分布異質(zhì)性調(diào)節(jié)可食用生物塑料膜機械性能和氣體選擇性機制，被動氣調(diào)包裝增強全食物營養(yǎng)品質(zhì)
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院已畢業(yè)碩士研究生石琪鑫為第一作者，食品科技學(xué)院胡冰教授為該論文的通訊作者。貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院猶陽副教授、李云琦教授，我校食品科技學(xué)院碩士生李子言、黃天航，已畢業(yè)碩士生陳爭智、趙冉，肉品質(zhì)量控制與新資源創(chuàng)制全國重點實驗室粘穎群副教授參與了本研究工作。本研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項目，國家高層次人才特殊支持計劃、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)“濱江基石”人才項目，江蘇省自然科學(xué)基金—杰出青年基金，江蘇省優(yōu)勢學(xué)科經(jīng)費的資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202405346
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