华中农业大学蔡朝霞教授 Food Research International:低共熔溶剂改性复合蛋白多糖薄膜的结构与保鲜功能研究
导读
华中农业大学蔡朝霞教授在国际食品领域顶刊《Food Research International》发表研究论文《Deep Eutectic Solvent Plasticization of Chitosan/Distiller's Grains Prolamin Films: Hydrogen Bond-Driven Structural Regulation and Enhanced Food Preservation Performance》。研究将白酒酒糟副产物中提取的醇溶蛋白（DGSP）与壳聚糖（CS）复配，并引入三类氯化胆碱基低共熔溶剂（DES）作为绿色增塑剂，通过氢键网络的重构实现薄膜柔韧性、阻隔性、热稳定性和紫外屏蔽能力的协同提升。该工作以草莓保鲜为验证模型，证实DES增塑复合膜可有效延缓水分流失、抑制微生物腐败，为酒糟高值化利用和可持续食品包装材料开发提供了全新策略。成果介绍
全球新鲜食品市场持续扩张，对兼具安全性与功能性的包装材料需求日益迫切。壳聚糖作为天然阳离子多糖，虽具备成膜性和抑菌活性，但其亲水性导致水蒸气阻隔性差，而传统多元醇增塑剂（如甘油）易迁移、性能衰减快。与此同时，白酒酒糟年产量巨大，其中醇溶蛋白富含疏水氨基酸残基，具备构建致密蛋白网络的潜力，但其刚性结构加剧了复合膜的脆性。如何在不牺牲阻隔性能的前提下实现柔韧化，成为多糖-蛋白复合膜实用化的关键难题。本研究另辟蹊径，以氯化胆碱为氢键受体，分别与甘油、木糖醇、尿素复配制备三类DES（ChCl-Gly、ChCl-Xyl、ChCl-Ur），作为绿色可持续增塑剂，以替代传统甘油。团队先系统优化CS与DGSP的复配比例，发现2:1质量比可在保持高透明度的同时，使水蒸气透过率（WVP）和氧透过率（OP）分别降低33%和38%以上，归因于DGSP疏水域的形成和分子间氢键/静电相互作用增强的网络致密化。在此基础上，以0.5%~2%的DES掺量进行增塑改性，其中0.5% ChCl-Ur展现出最优综合性能：断裂伸长率从5.01%飙升至70.93%（提升约14倍），同时保持适中的拉伸强度；WVP和OP与未增塑对照相当，未出现阻隔性衰减，而2%高掺量则因DES自聚集导致微缺陷，阻隔性显著下降。机制层面，ATR-FTIR、XRD、SEM、LF-NMR和DSC等多尺度表征揭示，DES通过多点氢键与CS/DGSP链上的-OH、-NH₂、-COOH基团相互作用，部分取代原聚合物链间氢键，一方面引入柔性连接点、增加链段自由体积，赋予薄膜高延展性；另一方面，DES介导的链缠结和网络致密化抑制了水分子渗透，同时有序堆砌被破坏形成均一非晶态，并提高了热转变温度。相关性分析进一步证实，水结合状态、表面润湿性和自由体积的协同变化是阻隔与力学性能同步优化的结构基础。值得注意的是，ChCl-Ur凭借尿素酰胺基团的高氢键密度，与CS/DGSP的相互作用最强，增塑效率最佳。草莓保鲜实验验证了该膜的实际应用价值。在22°C、60% RH下储藏9天，0.5% ChCl-Ur增塑膜包裹的草莓失重率仅为21.79%，远低于未包装组（约47%）和PE膜组（约22%但出现厌氧腐败）；总可溶性固形物保留率达11.47%，显著高于对照（8.63%）和PE组（8.60%）；果肉硬度（81.90 g）和色泽（L、a）也得到最佳保持。LF-NMR成像显示，该膜维持了草莓内部水分均匀分布，未出现表面自由水积聚，从而抑制了霉菌生长和细胞壁降解酶活化。相比之下，PE膜因超低氧透性诱发无氧呼吸，导致乙醇积累和风味劣变。总体而言，该研究不仅为酒糟蛋白的高值转化提供了可行路径，更证明了DES作为多糖-蛋白复合膜绿色增塑剂的独特优势——通过氢键网络重构实现“柔韧与阻隔兼得”，突破了传统增塑剂“增柔必损阻隔”的困境。该策略适用于多种亲水/疏水生物大分子体系，在生鲜果蔬、肉类及易氧化食品的活性包装领域具有广阔的转化前景。图文鉴赏
Fig. 2. Characterization of CS/DGSP FFSs: average particle size and PDI (A), particle size distribution (B), zeta potential (C), and apparent viscosity as a function of shear rate (D), Visual appearance of CS/DGSP films (E), WVP and OP (F), and schematic illustration of CS/DGSP composite network formation (G) (p<0.05).
Fig. 4. Structural and mechanical characterization of CS/DGSP films plasticized with Gly and DES: ATR-FTIR spectra of films plasticized with Gly (A), ChCl-Gly (B), ChCl-Xyl (C), and ChCl-Ur (D). XRD patterns of representative films (E). EB (F) and TS (G) (p<0.05).
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2026.119988
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