南京林业大学郭家奇教授研究团队在《Food Hydrocolloids》发文:界面协同设计构建多功能蛋白基活性包装膜近日,南京林业大学郭家奇教授团队在食品科学领域国际著名期刊《Food Hydrocolloids》(中科院一区TOP,IF 12.4)发表题为 “From interfacial design to multifunctionality: Cellulose nanocrystals and peanut protein isolate cooperatively reinforce and functionalize composite films through Pickering emulsions” 的研究论文。南京林业大学轻工与食品学院博士生燕鑫鑫为论文第一作者,郭家奇教授为共同通讯作者。该研究以纤维素纳米晶(CNC)、花生蛋白分离物(PPI)和丁香酚为核心组分,通过 CNC/PPI 共稳定 Pickering 乳液,将活性成分递送、乳液界面稳定与蛋白基膜构筑相结合,制备了兼具柔韧性、阻隔性、抗氧化、抗菌和可降解特性的生物基活性包装膜,为可持续食品包装材料的功能化设计提供了新思路。随着塑料污染和食品安全问题受到关注,可降解、可持续的生物基食品包装材料成为研究热点。PPI 来源丰富、成膜性良好,是开发蛋白基包装膜的潜在原料,但其力学性能、耐湿性和自身活性功能仍存在不足,限制了其在食品保鲜中的应用。丁香酚具有良好的抗菌活性,但其疏水性、挥发性和较强气味使其难以直接均匀引入亲水性蛋白膜中,容易造成相分离和膜结构不均一。Pickering 乳液为疏水活性成分的包载和分散提供了有效思路,而如何利用天然颗粒和蛋白组分共同稳定乳液,并进一步将其用于构建高性能蛋白基活性包装膜,是该研究关注的核心问题。研究团队以CNC、PPI和丁香酚为主要组分,构建了CNC/PPI共稳定丁香酚Pickering乳液,并将其引入PPI膜体系中。该设计的核心在于把乳液界面稳定和蛋白膜成型连接起来:PPI不仅作为成膜基体,也参与乳液界面稳定;CNC与PPI共同稳定丁香酚乳滴,使疏水性活性成分能够更均匀地分散在蛋白膜中。研究首先通过乳液形貌和粒径分布筛选出适宜的CNC/PPI比例,为后续复合膜构建提供稳定乳液基础。进一步结合Cryo SEM观察发现,乳滴表面形成了较完整的界面层,周围还存在与CNC/PPI相关的微结构,有助于阻碍液滴靠近和聚集。分子对接与分子动力学模拟进一步表明,CNC能够与PPI中具有界面活性的蛋白组分形成稳定相互作用,为CNC/PPI的界面互补稳定机制提供了分子层面的解释。
在复合膜构建方面,研究发现乳液液滴不仅能够作为丁香酚的递送载体,赋予膜材料抗氧化、抗菌和缓释功能,还能在膜内部形成柔性分散结构,改善膜的延展性和使用适应性。不同乳液负载量对膜结构和性能具有明显影响:适量乳液有利于形成相对均匀的复合结构,并改善膜的柔韧性、阻隔性能和活性释放表现;过高负载则可能引起结构不均一,影响膜的整体性能。释放、抗氧化、抗菌和土埋降解等结果进一步证明,该复合膜兼具活性保鲜功能和环境友好特征。整体来看,该工作通过Pickering乳液将界面稳定、活性物质递送和蛋白基膜设计有机结合,为开发可降解、多功能的生物基食品包装膜提供了新的设计思路,也展示了Pickering乳液在可持续食品包装中的应用潜力。
该研究得到了国家自然科学基金与江苏省特聘教授计划的资助。CNC/PPI协同稳定Pickering乳液增强PPI活性包装膜的构建及功能示意图https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2026.112898
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