蛋白酶改性PBAT/TPS抗菌薄膜的制备及其在活性食品包装中的应用研究

本研究针对食品微生物污染导致的腐败问题，开发了基于聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯/热塑性淀粉(PBAT/TPS)的蛋白酶改性抗菌薄膜。通过将木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶嵌入乙酰化(AS)和羟丙基化(HS)淀粉体系，证实酶负载可保持活性并显著提升薄膜对大肠杆菌(E. coli)和黑曲霉(Aspergillus niger)的抑制效果，同时改善水蒸气阻隔性能，为可持续活性包装提供新策略。

　　

食品微生物污染导致的腐败问题每年造成全球42万人死亡，传统包装材料难以兼顾抗菌性能与环境可持续性。在此背景下，活性包装技术成为研究热点，其中将天然酶嵌入生物可降解基质的策略尤为引人注目。泰国农业大学的研究团队创新性地将蛋白酶与改性淀粉结合，开发出具有双重抗菌功能的食品包装薄膜，相关成果发表于《Food Packaging and Shelf Life》。

研究采用吹膜挤出技术，将木瓜蛋白酶(papain)和菠萝蛋白酶(bromelain)负载于乙酰化淀粉(AS)和羟丙基化淀粉(HS)改性的PBAT/TPS基质中。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析材料化学结构，结合力学性能测试、屏障特性评估及微生物抑制实验，系统考察了酶负载对薄膜性能的影响。

表面化学
FTIR分析显示酶负载未改变PBAT/TPS的化学结构，但影响了聚合物链排列。木瓜蛋白酶增强了薄膜均一性，而菠萝蛋白酶的作用效果取决于淀粉类型。

机械与屏障性能
酶负载产生增塑效应，使拉伸强度降低8-15%而断裂伸长率提高20-30%。木瓜蛋白酶显著提升水蒸气阻隔性(降低25%)和氧气阻隔性，菠萝蛋白酶则使PBAT/AS薄膜的光透过率下降12%。

抗菌活性
菠萝蛋白酶对大肠杆菌(E. coli)抑制效果更显著，而酶组合对蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)和E. coli均显示出协同效应。木瓜蛋白酶使黑曲霉(Aspergillus niger)生长延迟48小时，但对青霉菌(Penicillium sp.)无显著影响。

该研究证实蛋白酶改性PBAT/TPS薄膜可通过多种机制发挥抗菌作用：木瓜蛋白酶通过水解微生物蛋白结构直接杀菌，同时改善薄膜阻隔性能间接抑制微生物；菠萝蛋白酶则主要破坏生物被膜基质。两种酶的组合产生互补效应，拓展了抗菌谱。

这项工作的创新价值在于：首次在高温挤出加工中成功保留蛋白酶活性，开发出可规模化生产的活性包装材料；通过淀粉改性(AS/HS)与酶组合的协同设计，实现了抗菌性能的可调控性；为生物基包装材料的功能化提供了新思路。研究结果对减少食品浪费、降低防腐剂使用具有重要实践意义，同时为其他酶负载型活性包装的开发提供了技术参考。未来研究可进一步优化酶稳定化技术，并探索在新鲜农产品包装中的实际应用效果。