近日，Small發(fā)表了南京農業(yè)大學食品科學技術學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，揭示了食品蛋白質纖維和多糖的直徑分布異質性調節(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。構建可食用生物塑料膜有望在應對食物與營養(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構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中原位誘導綠豆蛋白纖維化，顯著地提高了復合膜中分散相密集結構域的含量，構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；具有與傳統(tǒng)石油基塑料膜相當的機械性能，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，實現了被動氣調包裝保鮮。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構-功能關系機制，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-殼聚糖復合膜的CO2/O2透過選擇性系數和機械性能均極顯著地高于豌豆蛋白纖維-殼聚糖復合膜；相應地，應用綠豆蛋白纖維-殼聚糖復合膜包裝水果，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)品質提增能力更強。由此發(fā)現，豆類蛋白的纖維化能力越強，所形成的復合可食用生物塑料膜的性能及其被動氣調包裝保鮮水果功能越強。
最終，應用小角X射線散射（SAXS）原位表征兩種可食用生物塑料膜，發(fā)現復合蛋白質纖維抑制了殼聚糖晶體的生長；綠豆蛋白纖維-殼聚糖復合膜中蛋白質纖維直徑和殼聚糖晶體直徑的尺寸分布表現出明顯的異質性特征，膜表面粗糙（掃描電鏡）；豌豆蛋白纖維-殼聚糖復合膜中蛋白纖維直徑和殼聚糖晶體直徑的尺寸分布表現出明顯的同質性特征，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性程度高，形成更加致密的天然聚合物空間排列微觀結構，內部空隙更加細密，實現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的動力學直徑小于O2的動力學直徑）。綜上所述，本研究成果揭示了食品蛋白質纖維和多糖的直徑分布異質性調節(jié)可食用生物塑料膜機械性能和氣體選擇性機制，被動氣調包裝增強全食物營養(yǎng)品質（圖1）
圖1. 蛋白質纖維和多糖的直徑分布異質性調節(jié)可食用生物塑料膜機械性能和氣體選擇性機制，被動氣調包裝增強全食物營養(yǎng)品質
南京農業(yè)大學食品科技學院已畢業(yè)碩士研究生石琪鑫為第一作者，食品科技學院胡冰教授為該論文的通訊作者。貴州大學材料與冶金學院猶陽副教授、李云琦教授，我校食品科技學院碩士生李子言、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基金面上項目，國家高層次人才特殊支持計劃、南京農業(yè)大學“濱江基石”人才項目，江蘇省自然科學基金—杰出青年基金，江蘇省優(yōu)勢學科經費的資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202405346
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