近日，Small发表了南京农业大学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。该研究揭示了通过调节食品蛋白质纤维和多糖（如壳聚糖）的直径分布异质性，可以优化可食用生物塑料膜的机械性能和气体透过选择性，这对提升全食物的营养价值至关重要。
在全球共同追求可持续发展和人类健康的大背景下，开发可食用生物塑料膜对于应对食品营养危机、塑料及微塑料污染问题具有重要意义。然而，传统上完全使用天然可食用聚合物制造的膜结构往往面临机械强度不足和气体选择性差的问题，限制了其在食品保鲜中的应用。本研究中，胡冰教授团队通过在壳聚糖基质中原位诱导绿豆蛋白形成纤维，显著增加了复合膜内密集结构域的数量，从而制备出一种新型的可食用生物塑料膜。这种膜不仅展示了文献记载中最高的CO2/O2透过选择性比率，还具备媲美传统石油基塑料膜的机械性能，拥有强大的水分阻隔能力，能够热塑封并制成能承受5公斤重量的购物袋，并且表现出明显的抗菌活性。
当用这种绿豆蛋白-壳聚糖可食用生物塑料膜包装水果时，它会自发地创造一个富含CO2而O2含量较低的封闭环境，有效抑制水果的呼吸作用，延长保质期，保持其营养价值，实现了被动气调包装的效果。此外，这种膜是可循环利用且完全可降解的，符合环保要求。
为了深入理解这种膜的结构-功能关系，研究人员比较了纤维化自组装能力较低的豌豆蛋白。结果发现，绿豆蛋白纤维呈现多形性，包括长线状和短小蠕虫状纤维；相比之下，豌豆蛋白纤维主要以长线状存在。实验显示，在相同条件下，绿豆蛋白-壳聚糖复合膜在CO2/O2透过选择性和机械性能方面明显优于豌豆蛋白-壳聚糖复合膜。这表明，豆类蛋白的纤维化能力越强，其形成的复合膜性能及其用于水果保鲜的效果就越好。
通过小角X射线散射（SAXS）技术对两种膜进行原位表征，研究人员发现，绿豆蛋白纤维-壳聚糖复合膜中蛋白质纤维和壳聚糖晶体的尺寸分布呈现出明显的异质性，导致膜表面较为粗糙；而豌豆蛋白纤维-壳聚糖复合膜则显示出同质性的尺寸分布，膜表面相对平滑。蛋白质纤维和壳聚糖晶体尺寸分布的异质性越高，形成的微观结构就越致密，内部空隙更细小，因此增强了膜的机械性能和CO2/O2的选择性透过能力。总之，这项研究阐明了蛋白质纤维和多糖直径分布异质性对可食用生物塑料膜性能的影响机制，以及如何通过被动气调包装来增强全食物的营养价值（见图1）。
南京农业大学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，我校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、南京农业大学“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。
