基于卵白蛋白淀粉样纤维的抗菌可食用薄膜，用于双孢蘑菇的保鲜

《Food Chemistry》：Ovalbumin amyloid fiber-based antibacterial edible film for Agaricus bisporus preservation

可食用薄膜通过将生物活性玻璃（BG）融入由卵清蛋白 amyloid 纤维（OVAF）和羧甲基纤维素（CMC）构建的三维网络结构中，兼具抗菌和阻隔特性。OVAF 提升薄膜机械强度（TS 增 3.15 MPa，Eb 增 17.71%）并显著降低水吸收（WA 降约30%）和气体渗透性，BG 则实现约100%的抗菌抑制率，有效延缓蘑菇的褐变和衰老。

　　

韩淼淼|沈圆圆|李胜杰|吴玉龙|华春|朱长琴|唐宁|蔡瑶|曹崇江|周峰

南京晓庄大学食品科学学院，中国南京211198

摘要

本研究通过将生物活性玻璃（BG）引入由卵清蛋白淀粉样纤维（OVAF）和羧甲基纤维素（CMC）构建的网络结构中，制备出具有抗菌和阻隔性能的可食用薄膜。高长径比的OVAF是通过OVA的相变形成的。与OVA（1.0%）相比，OVAF（1.0%）薄膜的不透明度和厚度分别增加了0.87%和0.01毫米，拉伸强度（TS）和断裂伸长率（Eb）分别增加了3.15 MPa和17.71%，吸水性（WA）和溶解度（WS）降低了约30%，氧气和水蒸气的透过率分别降至5.94 g·m^?2·d^?1和2.58 g·mm·m^?2·h^?1·kPa^?1，表明OVAF赋予了薄膜阻隔性能。BG赋予了薄膜抗菌性能。OVAF/CMC/BG（0.5%）薄膜的抑制率约为100%。这种薄膜可以减缓双孢菇的重量损失，并延缓其褐变和衰老。

引言

新鲜水果和蔬菜的高易腐性导致了大量的产后损失，这不仅降低了产品的品质和市场价值，还增加了废物产生（Arumugam等人，2023年；Meloni和Rocchi，2022年）。水分流失、褐变和微生物污染是导致食品在采后储存和运输过程中易腐的主要因素，这些因素显著影响了食品的营养价值和安全性（Gidado等人，2025年）。已经开发出多种方法（使用抗生素添加剂；辐照、冷链物流和改性气氛技术；塑料薄膜）来保存易腐食品（Cui等人，2024年；Shubham和Dharmender，2022年）。然而，这些方法可能会对人类健康造成威胁，并导致微塑料污染，不适合货架销售和家庭储存。

基于蛋白质的可食用薄膜可以阻碍水分蒸发，限制微生物和氧气的移动，被认为是一种简单有效的保存方法，适用于日常生活（Matloob等人，2023年；Gidado等人，2025年）。蛋白质薄膜的形成主要依赖于分子间力的作用（包括氢键和二硫键、疏水相互作用）（Kalita等人，2024年）。疏水基团和游离巯基的暴露为疏水相互作用提供了结合位点，促进了分子间二硫键的交联，形成了薄膜的三维网络结构（Kaur等人，2024年）。由于β-折叠片中的氢键较短且排列更规则，因此通常更稳定。因此，增加β-折叠片结构的比例也是实现稳定薄膜的关键步骤（Gu等人，2024年）。淀粉样纤维具有高疏水性和长长径比，丰富的β-折叠片结构使它们能够容易形成缠结网络，从而显著提高薄膜的稳定性。然而，传统的纤维生成方法需要较高的温度、浓酸以及长时间的这些条件暴露。最近的研究报道了一种在温和条件下形成淀粉样纤维的方法，该方法可以通过使用二硫键还原剂（如三（2-羧乙基）膦酸盐（TCEP）或半胱氨酸）简单破坏分子内二硫键来实现（Liu等人，2024年）。这一过程使蛋白质能够迅速从其自然溶解状态转变为淀粉样聚集体。卵清蛋白（OVA）含有大量的二硫键，为相变提供了有利条件（Xiao和Ahn，2025年）。然而，从OVA到卵清蛋白淀粉样纤维（OVAF）的相变以及将OVAF作为薄膜原料的利用仍不清楚。

羧甲基纤维素（CMC）已被证明可以增强薄膜的柔韧性和延展性，控制食品的水分传递。因此，选择CMC作为薄膜的辅助材料（Bizymis、Giannou和Tzia，2023年；Vilas和Preetam，2018年）。对环境中有害微生物（如大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）的阻隔性能也很重要，有助于减少食品污染。生物活性玻璃（BG）是一种表现出优异生物相容性和活性的生物材料。BG已被证明对多种口腔细菌具有显著的抗菌效果，从而支持其作为口腔抗菌剂的潜在应用（Tamilmani等人，2024年）。将BG作为薄膜的抗菌单元可以提供对潜在有害微生物的阻隔，降低食品污染的风险。

以往关于OVA的研究主要集中在高温和强酸环境对其聚集行为的影响上，而较少关注还原剂（如TECP）介导的相变对其聚集行为的影响，以及形成的OVAF在可食用薄膜和食品中的应用。本研究介绍了一种温和的OVAF构建方法，并开发了一种结合了阻隔和抗菌性能的可食用薄膜，以解决这些关键问题（图1）。主要目的是探索从OVA到OVAF的自组装过程；评估OVAF对薄膜基本特性的影响，包括断裂伸长率（Eb）和拉伸强度（TS）、吸水性（WA）和溶解度（WS）、水蒸气透过率（WVP）和氧气透过率（OP）；评估BG对薄膜抗菌性能的影响。在OVAF自组装过程中，使用荧光光谱和圆二色性（CD）光谱跟踪分子结构的变化，以了解β-折叠片结构的转变。使用动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）表征分子聚集状态，以了解纤维的长径比。使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）进行结构分析，以了解薄膜的分子组成。为了进一步证明薄膜的实际应用性，对其在新鲜双孢菇上的效果进行了测试，突显了其在食品保存方面的潜力。这项研究通过提供关于开发具有增强抗菌活性和环境兼容性的可食用薄膜的新见解，为该领域做出了重要贡献。

材料

卵清蛋白（OVA，蛋白质含量≥98%，干重）、三（2-羧乙基）膦酸盐（TCEP）、CMC、硝酸钙四水合物、氯化铜购自Aladdin Biotechnology Co., Ltd.；EDTA、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、三乙基磷酸盐、戊二醛固定液购自上海Youye Biotechnology Co., Ltd.；乙酸乙酯、正硅酸四乙酯购自上海Taitek Technology Co., Ltd.；新鲜双孢菇购自南京

OVA到OVAF的形态相变

如图S2(a, b)所示，OVA（pH 7.4）和OVA（pH 5.5）均呈现乳白色悬浮液。OVA（pH 5.5）的浑浊度和均匀性更明显，没有明显的沉淀。OVA（pH 7.4）的侧壁和底部有沉淀，而OVA（pH 2.0）则沉积在表面或底部。使用TEM描述了三种蛋白质的微观形态。如图2(a)和图S3所示，OVA表现为分散的纳米颗粒，具有特定的直径和长度

结论

本文开发了一种基于OVAF的可食用薄膜，以解决食品腐败过程中涉及的复杂问题。首先，探讨了在TCEP作用下OVA到OVAF的相变。实验结果表明，OVA（pH 5.5）在大约60分钟内形成了具有较高长径比和疏水特性的纳米纤维（OVAF）。此外，OVAF提高了OVAF/CMC薄膜的机械强度和阻隔性能。

CRediT作者贡献声明

韩淼淼：撰写——初稿，资金获取，正式分析。沈圆圆：撰写——初稿，资金获取，正式分析。李胜杰：研究。吴玉龙：方法学。华春：可视化，验证。朱长琴：监督。唐宁：软件。蔡瑶：数据管理。曹崇江：撰写——审稿与编辑，项目管理。周峰：监督，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了江苏省高等教育部门表面项目（24KJB550010）的支持。