《Food Chemistry》：Innovative silk protein peptide -modified soy protein isolate-xanthan gum films for food packaging
编辑推荐：
丝绸蛋白肽/SPI/XG复合膜制备及其在水果保鲜中的应用研究。通过分子对接证实SPP与SPI/XG的多点结合机制，优化SPP添加量至6%时，该复合膜兼具最佳紫外线阻隔性（较纯SPI提升61.6%）、机械强度（拉伸强度达47.3 MPa）和抗氧化活性（维生素C保留率提升79.7%）。实验证明SXS6%膜可将葡萄和黄桃的失重率分别降低30.9%和47.7%，显著延长保鲜期。
郑美霞|钟少杰|林成|陈建福|刘洋洋|陈国兵|朱玉静
福建省农业科学院作物科学研究所（福建种质资源中心），中国福建省福州市350013
摘要
开发了一种新型包装材料（SXS），由丝蛋白肽（SPP）、黄原胶（XG）和大豆蛋白分离物（SPI）组成。添加SPP显著增强了SXS保鲜膜的抗氧化活性。SPP和SPI中的芳香氨基酸能够吸收紫外线，提高了薄膜的紫外线抵抗能力。分子对接实验验证了SPI、XG和SPP之间的相互作用，表明它们通过多点结合增强了薄膜的结构稳定性。SPP的最佳添加量为6%，在这种比例下，薄膜在紫外线阻隔性能、机械强度和接触角方面达到了最佳平衡。在食品保鲜应用中，SXS6%配方将葡萄的失重率从6.42%降低到4.34%，维生素C（Vc）的保留率从61%提高到79%，黄桃的维生素C保留率从51%提高到84%。通过减少水分蒸发、延缓呼吸作用和保持营养成分，SXS6%薄膜有效延长了水果的保质期，显示出其在食品保鲜领域的应用潜力。
引言
塑料污染引发的环境问题促使人们探索绿色、可生物降解的包装材料，以替代一次性塑料包装（Chen等人，2023；Shi等人，2024）。作为一种可生物降解材料，大豆蛋白分离物（SPI）因其优异的成膜性能和高凝胶能力而在包装行业中得到广泛应用（Zheng等人，2022）。SPI来源于脱脂大豆粉，是一种丰富、经济、可再生且生物相容的原料（Zheng等人，2022）。它具有很强的成膜能力（Kang等人，2023）。此外，SPI薄膜还具有适中的机械强度和柔韧性，已被用于可食用涂层/薄膜、活性包装基质和可生物降解的复合层（Thivya等人，2024）。然而，基于SPI的薄膜由于高溶解度和水蒸气渗透性而限制了其广泛应用（Shahabi等人，2023）。为了解决这些问题，需要采取多种策略来提升其性能。
一种有效的方法是使用交联改性，通过形成共价键来强化薄膜网络的分子间和分子内结构（Erdem & Kaya，2022）。交联剂能够显著提高机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），但它们分别存在脆性（Bajer & Burkowska-But，2022）和高成本（Yadav等人，2022）等缺点。
另一种方法是使用相对低成本的离子多糖，这些多糖具有环保性，可以与带电蛋白质相互作用，通过离子交联形成更稳定的复合薄膜（Yekta等人，2023）。例如，黄原胶（XG）是一种由Xanthomonas campestris发酵产生的阴离子多糖（Oliveira等人，2025），因其优异的流变性能而在食品工业中得到广泛应用（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组成，其独特的侧链结构使其在广泛的温度和盐浓度范围内具有出色的增稠和稳定性（Chen等人，2022）。添加XG可以有效限制SPI的构象展开，抑制分子间的疏水相互作用，从而形成结构更均匀、密度更高的凝胶网络（Wang等人，2025）。这使得黄原胶的长链和侧链在薄膜基质中通过交联形成网络结构，提高了薄膜的柔韧性和延展性，进而增强了机械强度（Zheng等人，2022；Zheng等人，2023）。此外，XG含有许多亲水基团，能够与水分子形成氢键，有效阻碍水分渗透，降低薄膜的水溶性和水蒸气渗透性（Zheng等人，2025）。因此选择XG是因为它有可能提升SPI薄膜的机械性能和水分阻隔性能。同时，XG还具有生物相容性和可生物降解性，这也是开发环保包装材料的核心要求。然而，XG和SPI的抗氧化性能不足，这限制了这种复合材料成为商业化包装材料的潜力。
丝蛋白肽（SPP）是从丝纤维中提取的生物活性成分，由于其富含疏水氨基酸残基和反应性侧链，具有很强的抗氧化性能（Miguel & álvarez-López，2020）。这些抗氧化特性使SPP能够清除自由基并保护食品中的生物活性化合物。研究表明，SPP能有效减少模型食品系统的氧化降解（Miguel & álvarez-López，2020）。此外，SPP还能抑制细胞呼吸和减少水分蒸发，从而延长易腐食品的保质期（Li等人，2021）。除了抗氧化作用外，SPP还能增强生物聚合物薄膜的机械强度。SPP可以通过氢键、范德华力或疏水相互作用与其他大分子（如SPI）相互作用（Khammuang等人，2022），这些相互作用有助于强化薄膜基质，提高拉伸强度和弹性。将SPP加入复合薄膜中可以增加网络紧密度，减少结构缺陷，并在机械载荷下改善应力分布，提高表面亲水性（Zhang等人，2023）。
然而，单独使用SPP时，其成膜能力和柔韧性有限，因为肽链在薄膜干燥过程中容易形成脆性的结晶结构（Ma等人，2025）。当SPP加入大豆蛋白分离物/黄原胶（SPI/XG）基质中时，它可以与SPI和XG发生多点氢键和疏水相互作用，提高界面相容性，促进形成更连续、无缺陷的网络（Thivya等人，2024）。同时，小肽段可以插入SPI链之间，缓解蛋白质的过度聚集。结合二硫键和其他非共价相互作用，有助于形成更加连通且可变形的网络，从而增强薄膜的形成和柔韧性（Kang等人，2023）。
因此，通过浇铸法将SPP加入SPI/XG中，制备了复合薄膜SPI/XG/SPP（SXS），并评估了SPP对SXS薄膜的拉伸强度、断裂伸长率、水分含量、水溶性、水蒸气透过率和抗氧化活性的影响，并对其结构进行了表征。将SXS薄膜与聚乙烯（PE）作为对照材料，用于包装和保存葡萄和新鲜切开的黄桃。测量了失重率（WLR）、维生素C（Vc）、总可溶性固体（TSS）和可滴定酸度（TA）等关键参数，以评估其保鲜效果。本研究旨在探讨SPP在食品包装中的潜在应用及其在食品工业中的更广泛用途。
材料与试剂
大豆蛋白分离物（SPI，≥90?g/100?g；CAS: 9010–10-0）购自Mackin.cn。丝蛋白肽（SPP，食品级）来自广东振伟源食品配料有限公司。其分子量范围为377.23至4164.01，平均分子量为1578.84，平均肽链长度为15。氨基酸分析显示SPP含有17种氨基酸，总含量为836.46?mg/g。具体氨基酸组成见表S1。
FT-IR、XRD和SEM分析
SPP和SXS薄膜的FT-IR图谱见图1a。3400至3100?cm?1范围内的峰归属于O-H和N-H的伸缩振动（酰胺A）（Chen等人，2022）。添加SPP后，酰胺A吸收峰的相对强度显著增加，表明SPP改变了样品中的分子间氢键（Zheng等人，2025）。对红外光谱的OH带区域（3000至3600?cm?1）进行了光谱反卷积处理
结论
SPP、SPI和XG之间的相互作用在提升SXS薄膜的紫外线阻隔性能、抗氧化能力、机械强度和保鲜性能方面发挥了重要作用。SPP、XG和SPI之间的氢键作用降低了SXS薄膜的MC、WS和WVTR，同时提高了WCA。其中，SXS6%配方表现出最佳性能。在葡萄涂层保鲜和黄桃包装实验中，SXS6%配方显著降低了失重率（WLR）
CRediT作者贡献声明
郑美霞：撰写初稿、方法设计、实验实施、概念构建、数据分析、资金申请、审稿与编辑。
钟少杰：实验实施、方法设计、数据可视化、审稿与编辑。
林成：实验实施、方法设计、数据可视化。
陈建福：方法设计、实验实施。
刘洋洋：方法设计。
陈国兵：审稿与编辑、实验监督。
朱玉静：审稿与编辑、实验监督。
未引用参考文献
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
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：32302442）和福建省农业科学院扩展项目（编号：GJYS202409）的支持。
