可降解玉米醇溶蛋白/聚乙二醇纳米纤维复合天然抗菌剂在环保食品包装中的应用研究

为解决食品微生物污染和生物膜形成问题，研究人员通过静电纺丝技术制备了负载天然抗菌剂（eugenol、thymol、nisin）的zein/PEG纳米纤维膜。该材料对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和李斯特菌展现出显著抗菌活性，且生物降解性未受明显影响，为开发可持续活性食品包装提供了新策略。

　　

随着全球对食品安全和可持续发展的双重需求增长，传统塑料包装带来的微生物污染和环境污染问题日益突出。每年因食品腐败造成的经济损失高达数千亿美元，而合成抗菌剂的使用又可能引发耐药性和生态毒性。在这一背景下，开发兼具生物可降解性和抗菌功能的食品包装材料成为研究热点。玉米醇溶蛋白(zein)作为一种从玉米中提取的天然蛋白质，具有优异的成膜性和生物相容性，但其脆性和疏水性限制了实际应用。

捷克托马斯巴塔大学的研究团队在《New Biotechnology》发表的研究中，创新性地将zein与亲水性聚合物聚乙二醇(PEG)结合，通过静电纺丝技术制备纳米纤维膜，并负载三种天然抗菌剂：丁香酚(eugenol)、百里香酚(thymol)和乳酸链球菌素(nisin)。研究采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)等技术表征材料特性，通过抑菌圈实验和荧光显微技术评估抗菌和抗生物膜性能，并模拟工业堆肥条件测试生物降解性。

在材料表征方面，SEM显示纤维直径范围为300-390 nm，添加抗菌剂后纤维多分散性增加但结构保持完整。FTIR证实电纺工艺未破坏zein的原始化学结构，DSC检测到zein的变性温度(T_d
)为84°C，玻璃化转变温度(T_g
)升至166°C。接触角测试表明PEG的加入使材料亲水性增强（接触角<50°）。

抗菌性能测试获得突破性发现：zein/PEG/Eug对大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抑菌圈分别达10.2±0.4 mm和10.5±0.3 mm；而zein/PEG/Thy/Nis对单核细胞增生李斯特菌(L. ivanovii)的抑制效果最佳（抑菌圈19.9±0.7 mm）。抗生物膜实验显示，zein/PEG/Eug/Thy组合对S. aureus生物膜抑制率达70%，zein/PEG/Thy/Nis对L. ivanovii生物膜抑制率为73%。

特别值得注意的是，细胞毒性(MTT)实验证明除zein/PEG/Eug/Thy高浓度提取物外，其他样品对NIH/3T3细胞均无毒性。生物降解性测试显示所有样品在58°C堆肥条件下29天内完全矿化，其中zein/PEG/Eug/Nis降解速率稍缓，表明抗菌剂添加未显著影响材料的环保特性。

该研究首次系统评估了zein/PEG纳米纤维负载酚类/细菌素复合抗菌剂的协同效应，为解决食品包装中病原微生物污染提供了创新方案。材料兼具高效抗菌性、生物相容性和可降解性，其静电纺丝制备工艺简单、成本低廉，具备工业化应用潜力。研究结果为开发下一代可持续活性包装提供了重要理论依据和技术支撑，对推动食品工业绿色转型具有里程碑意义。