由牛奶蛋白、纤维素制成的可食用、可生物降解纤维

得益于宾夕法尼亚州立大学研究人员取得的一项开创性的进展，源自植物的牛奶蛋白和纤维素或将成为可持续发展领域的下一个重大突破。该团队通过静电纺丝技术实现了这一目标。静电纺丝技术利用电压将液体溶液强制成锥形，当溶液从喷射器喷射出来时，溶液会拉伸并变形为细小的纤维。他们将牛奶蛋白酪蛋白与羟丙基甲基纤维素（一种源自植物材料的化合物，也称为羟丙甲纤维素）结合在一起，制成了比人类头发细1000倍的纳米纤维。随后，他们将这些纤维加工成纤维垫，有望用于各种产品，例如可生物降解甚至可食用的食品包装。

　　

宾夕法尼亚州立大学公园——得益于宾夕法尼亚州立大学研究人员取得的一项开创性进展，源自植物的牛奶蛋白和纤维素或将成为可持续发展领域的下一个重大突破。该团队采用静电纺丝技术，利用电压将液体溶液强制成锥形，当溶液从喷射器喷射出来时，溶液会拉伸并变形为细小的纤维。他们将牛奶蛋白酪蛋白与羟丙基甲基纤维素（一种源自植物的材料，也称为羟丙甲纤维素）相结合，制成比人类头发细1000倍的纳米纤维。随后，他们将这些纤维加工成纤维垫，有望用于各种产品，例如可生物降解甚至可食用的食品包装。

“在概念验证研究中，我们成功制造了独立的富含酪蛋白的电纺垫，”团队联合负责人、 农业科学学院   食品科学教授 费德里科·哈特(Federico Harte) 说道。“基于蛋白质的电纺纳米纤维因其在组织工程、伤口敷料等生物医学应用以及可食用包装领域的新兴应用，以及提供可持续的食品保鲜和安全解决方案方面的潜在用途而备受追捧。” 

这项研究现已在线发布，并计划发表在 《胶体与界面科学杂志》 九月刊上。研究人员报告称，富含羟丙甲纤维素的酪蛋白组合在纤维素与酪蛋白的比例高达1:4时仍可进行电纺丝。然而，当纤维素与酪蛋白的比例为1:12时，纺出的纤维珠粒最少，且较厚、截面不规则、表面积最大，因此最适合制成垫子。

研究人员发现，在 100% 的相对湿度下，纤维垫很容易与水分发生化学反应，变成可用于食品包装的透明薄膜。

“酪蛋白作为一种食品和非食品材料有着悠久的应用历史，”该团队的联合负责人、 食品科学杰出教授格雷戈里·齐格勒 说道。他解释说，这种蛋白质可以改善食品的口感和营养价值，还可以用于生产胶水、油漆、纸张涂层、化妆品和药品。“这项研究通过赋予其一种新的形式——纳米纤维——进一步增强了它的实用性。”

Harte指出，这项研究是一系列已发表的酪蛋白静电纺丝研究中的最新一项。此前，该研究小组评估了酪蛋白单独静电纺丝以及酪蛋白与角叉菜胶（一种源自红藻的食品添加剂，主要用作各种食品的增稠剂、稳定剂和乳化剂）的静电纺丝。然而，这些研究中制备的纤维垫含有脆弱易碎的纳米纤维。

在这项研究中，研究人员测试了在酪蛋白中添加羟丙甲纤维素的想法，他们假设羟丙甲纤维素可以为酪蛋白提供强度和柔韧性。事实证明他们是正确的。

“我们的想法是制造基于酪蛋白的垫子，这在以前是前所未有的，”哈特说。“我们早期单独使用酪蛋白的尝试清楚地表明，我们需要改善垫子的机械性能，最终我们决定添加羟丙甲纤维素，因为我们认为酪蛋白和纤维素之间的相互作用可以优化这些垫子的机械性能。”

哈特补充说，未来的研究将探索可食用酪蛋白纳米纤维的新应用，例如食品包装和过滤。

食品科学博士后学者 Deepika Sharma 是该研究的第一作者。

美国国家乳业委员会乳业管理公司资助了这项研究。