《Food Chemistry》：Innovative silk protein peptide -modified soy protein isolate-xanthan gum films for food packaging
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絲綢蛋白肽/SPI/XG復(fù)合膜制備及其在水果保鮮中的應(yīng)用研究。通過分子對接證實SPP與SPI/XG的多點結(jié)合機制，優(yōu)化SPP添加量至6%時，該復(fù)合膜兼具最佳紫外線阻隔性（較純SPI提升61.6%）、機械強度（拉伸強度達47.3 MPa）和抗氧化活性（維生素C保留率提升79.7%）。實驗證明SXS6%膜可將葡萄和黃桃的失重率分別降低30.9%和47.7%，顯著延長保鮮期。
鄭美霞|鐘少杰|林成|陳建福|劉洋洋|陳國兵|朱玉靜
福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所（福建種質(zhì)資源中心），中國福建省福州市350013
摘要
開發(fā)了一種新型包裝材料（SXS），由絲蛋白肽（SPP）、黃原膠（XG）和大豆蛋白分離物（SPI）組成。添加SPP顯著增強了SXS保鮮膜的抗氧化活性。SPP和SPI中的芳香氨基酸能夠吸收紫外線，提高了薄膜的紫外線抵抗能力。分子對接實驗驗證了SPI、XG和SPP之間的相互作用，表明它們通過多點結(jié)合增強了薄膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。SPP的最佳添加量為6%，在這種比例下，薄膜在紫外線阻隔性能、機械強度和接觸角方面達到了最佳平衡。在食品保鮮應(yīng)用中，SXS6%配方將葡萄的失重率從6.42%降低到4.34%，維生素C（Vc）的保留率從61%提高到79%，黃桃的維生素C保留率從51%提高到84%。通過減少水分蒸發(fā)、延緩呼吸作用和保持營養(yǎng)成分，SXS6%薄膜有效延長了水果的保質(zhì)期，顯示出其在食品保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
引言
塑料污染引發(fā)的環(huán)境問題促使人們探索綠色、可生物降解的包裝材料，以替代一次性塑料包裝（Chen等人，2023；Shi等人，2024）。作為一種可生物降解材料，大豆蛋白分離物（SPI）因其優(yōu)異的成膜性能和高凝膠能力而在包裝行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用（Zheng等人，2022）。SPI來源于脫脂大豆粉，是一種豐富、經(jīng)濟、可再生且生物相容的原料（Zheng等人，2022）。它具有很強的成膜能力（Kang等人，2023）。此外，SPI薄膜還具有適中的機械強度和柔韌性，已被用于可食用涂層/薄膜、活性包裝基質(zhì)和可生物降解的復(fù)合層（Thivya等人，2024）。然而，基于SPI的薄膜由于高溶解度和水蒸氣滲透性而限制了其廣泛應(yīng)用（Shahabi等人，2023）。為了解決這些問題，需要采取多種策略來提升其性能。
一種有效的方法是使用交聯(lián)改性，通過形成共價鍵來強化薄膜網(wǎng)絡(luò)的分子間和分子內(nèi)結(jié)構(gòu)（Erdem & Kaya，2022）。交聯(lián)劑能夠顯著提高機械性能并降低水溶性（Liu等人，2024），例如二醛淀粉（Zhao等人，2023）和氧化石墨烯（Wei等人，2021），但它們分別存在脆性（Bajer & Burkowska-But，2022）和高成本（Yadav等人，2022）等缺點。
另一種方法是使用相對低成本的離子多糖，這些多糖具有環(huán)保性，可以與帶電蛋白質(zhì)相互作用，通過離子交聯(lián)形成更穩(wěn)定的復(fù)合薄膜（Yekta等人，2023）。例如，黃原膠（XG）是一種由Xanthomonas campestris發(fā)酵產(chǎn)生的陰離子多糖（Oliveira等人，2025），因其優(yōu)異的流變性能而在食品工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用（Oliveira等人，2025；Thivya等人，2024；Zheng等人，2023）。它由葡萄糖、甘露糖和葡萄糖醛酸組成，其獨特的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)使其在廣泛的溫度和鹽濃度范圍內(nèi)具有出色的增稠和穩(wěn)定性（Chen等人，2022）。添加XG可以有效限制SPI的構(gòu)象展開，抑制分子間的疏水相互作用，從而形成結(jié)構(gòu)更均勻、密度更高的凝膠網(wǎng)絡(luò)（Wang等人，2025）。這使得黃原膠的長鏈和側(cè)鏈在薄膜基質(zhì)中通過交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了薄膜的柔韌性和延展性，進而增強了機械強度（Zheng等人，2022；Zheng等人，2023）。此外，XG含有許多親水基團，能夠與水分子形成氫鍵，有效阻礙水分滲透，降低薄膜的水溶性和水蒸氣滲透性（Zheng等人，2025）。因此選擇XG是因為它有可能提升SPI薄膜的機械性能和水分阻隔性能。同時，XG還具有生物相容性和可生物降解性，這也是開發(fā)環(huán)保包裝材料的核心要求。然而，XG和SPI的抗氧化性能不足，這限制了這種復(fù)合材料成為商業(yè)化包裝材料的潛力。
絲蛋白肽（SPP）是從絲纖維中提取的生物活性成分，由于其富含疏水氨基酸殘基和反應(yīng)性側(cè)鏈，具有很強的抗氧化性能（Miguel & álvarez-López，2020）。這些抗氧化特性使SPP能夠清除自由基并保護食品中的生物活性化合物。研究表明，SPP能有效減少模型食品系統(tǒng)的氧化降解（Miguel & álvarez-López，2020）。此外，SPP還能抑制細胞呼吸和減少水分蒸發(fā)，從而延長易腐食品的保質(zhì)期（Li等人，2021）。除了抗氧化作用外，SPP還能增強生物聚合物薄膜的機械強度。SPP可以通過氫鍵、范德華力或疏水相互作用與其他大分子（如SPI）相互作用（Khammuang等人，2022），這些相互作用有助于強化薄膜基質(zhì)，提高拉伸強度和彈性。將SPP加入復(fù)合薄膜中可以增加網(wǎng)絡(luò)緊密度，減少結(jié)構(gòu)缺陷，并在機械載荷下改善應(yīng)力分布，提高表面親水性（Zhang等人，2023）。
然而，單獨使用SPP時，其成膜能力和柔韌性有限，因為肽鏈在薄膜干燥過程中容易形成脆性的結(jié)晶結(jié)構(gòu)（Ma等人，2025）。當(dāng)SPP加入大豆蛋白分離物/黃原膠（SPI/XG）基質(zhì)中時，它可以與SPI和XG發(fā)生多點氫鍵和疏水相互作用，提高界面相容性，促進形成更連續(xù)、無缺陷的網(wǎng)絡(luò)（Thivya等人，2024）。同時，小肽段可以插入SPI鏈之間，緩解蛋白質(zhì)的過度聚集。結(jié)合二硫鍵和其他非共價相互作用，有助于形成更加連通且可變形的網(wǎng)絡(luò)，從而增強薄膜的形成和柔韌性（Kang等人，2023）。
因此，通過澆鑄法將SPP加入SPI/XG中，制備了復(fù)合薄膜SPI/XG/SPP（SXS），并評估了SPP對SXS薄膜的拉伸強度、斷裂伸長率、水分含量、水溶性、水蒸氣透過率和抗氧化活性的影響，并對其結(jié)構(gòu)進行了表征。將SXS薄膜與聚乙烯（PE）作為對照材料，用于包裝和保存葡萄和新鮮切開的黃桃。測量了失重率（WLR）、維生素C（Vc）、總可溶性固體（TSS）和可滴定酸度（TA）等關(guān)鍵參數(shù)，以評估其保鮮效果。本研究旨在探討SPP在食品包裝中的潛在應(yīng)用及其在食品工業(yè)中的更廣泛用途。
材料與試劑
大豆蛋白分離物（SPI，≥90?g/100?g；CAS: 9010–10-0）購自Mackin.cn。絲蛋白肽（SPP，食品級）來自廣東振偉源食品配料有限公司。其分子量范圍為377.23至4164.01，平均分子量為1578.84，平均肽鏈長度為15。氨基酸分析顯示SPP含有17種氨基酸，總含量為836.46?mg/g。具體氨基酸組成見表S1。
FT-IR、XRD和SEM分析
SPP和SXS薄膜的FT-IR圖譜見圖1a。3400至3100?cm?1范圍內(nèi)的峰歸屬于O-H和N-H的伸縮振動（酰胺A）（Chen等人，2022）。添加SPP后，酰胺A吸收峰的相對強度顯著增加，表明SPP改變了樣品中的分子間氫鍵（Zheng等人，2025）。對紅外光譜的OH帶區(qū)域（3000至3600?cm?1）進行了光譜反卷積處理
結(jié)論
SPP、SPI和XG之間的相互作用在提升SXS薄膜的紫外線阻隔性能、抗氧化能力、機械強度和保鮮性能方面發(fā)揮了重要作用。SPP、XG和SPI之間的氫鍵作用降低了SXS薄膜的MC、WS和WVTR，同時提高了WCA。其中，SXS6%配方表現(xiàn)出最佳性能。在葡萄涂層保鮮和黃桃包裝實驗中，SXS6%配方顯著降低了失重率（WLR）
CRediT作者貢獻聲明
鄭美霞：撰寫初稿、方法設(shè)計、實驗實施、概念構(gòu)建、數(shù)據(jù)分析、資金申請、審稿與編輯。
鐘少杰：實驗實施、方法設(shè)計、數(shù)據(jù)可視化、審稿與編輯。
林成：實驗實施、方法設(shè)計、數(shù)據(jù)可視化。
陳建福：方法設(shè)計、實驗實施。
劉洋洋：方法設(shè)計。
陳國兵：審稿與編輯、實驗監(jiān)督。
朱玉靜：審稿與編輯、實驗監(jiān)督。
未引用參考文獻
Chen等人，2022a
Chen等人，2022b
Shi, Qin和Qu，2024
Shi, Li, Wu, Fan和Li，2024
Wang, Zheng, Franceschi和Liu，2025
Wang等人，2025
Zheng, Regenstein, Zhou和Wang，2022
Zheng, Chen, Tan, Chen和Zhu，2022
Zheng等人，2023
Zheng, Zhu, Zhuang, Tanc和Chen，2023
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務(wù)利益沖突或個人關(guān)系可能影響本文的研究結(jié)果。
致謝
本研究得到了國家自然科學(xué)基金（編號：32302442）和福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院擴展項目（編號：GJYS202409）的支持。
