κ-卡拉胶、结冷胶和鹰嘴豆胶对镜泊蚌蛋白复合膜的影响：成膜性能与机理探讨

《Food Hydrocolloids》：Impact of κ-carrageenan, gellan gum, and locust bean gum on Meretrix meretrix clam protein composite films: Insights into film-forming properties and mechanisms

　　

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  KC和GG通过氢键和静电相互作用增强了MMCP膜的性能。
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  MMCP/KC复合膜表现出最强的力学性能。
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  多糖提高了β-折叠含量；KC诱导了最有序的分子结构。
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  KC的高电荷密度使MMCP膜形成了最致密的网络结构。
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  MMCP/LBG膜表现出优异的紫外屏蔽性能，具有高不透明度和低透光率。

引言

塑料废弃物的不断积累已成为全球面临的最紧迫环境挑战之一。2025年全球塑料产量达到约4亿吨，其中包装材料约占塑料总消费量的35%（Statista, 2025）。在海产品包装领域，塑料材料占据主导地位，2025年市场份额达50.0%，凸显了为该类产品开发可持续替代材料的重要性（Abookleesh, Zubair & Ullah, 2026）。不可生物降解的塑料废弃物在生态系统中的持久存在已造成了严重的环境后果（Shaikh, Yaqoob & Aggarwal, 2021）。为应对这一挑战，开发可生物降解和可再生的生物基包装材料已成为食品包装行业的研究重点（Rai, Mehrotra, Priya, Gnansounou & Sharma, 2021）。近期研究加快了源自天然资源、特别是海藻的可持续生物聚合物体系在包装领域的应用探索（Akbar & Mustari, 2024; Akbar et al., 2026)。在众多替代方案中，蛋白/多糖基可食用复合膜因其优异的成膜能力、水蒸气阻隔性能和力学性能而备受关注。其在食品保鲜方面的潜力使其成为传统塑料包装最具前景的替代品之一（Kong et al., 2025; Zhao et al., 2025）。

*Meretrix meretrix*（文蛤）是一种沿中国沿海地区广泛养殖的经济重要双壳贝类，2025年年产量达496.0吨，是一种丰富且易得的海洋资源（Liu et al., 2024）。*M. meretrix*的文蛤蛋白含量占其干重的70%，是优质的海洋蛋白来源。既往研究表明，*M. meretrix*文蛤蛋白（MMCP）具有优异的凝胶特性，且添加多糖可进一步增强该特性（Liu et al., 2026, Liu et al., 2026, Liu et al., 2026）。当前基于蛋白质的膜研究主要集中在植物源蛋白上，如大豆分离蛋白（Chen, Qi, Sun & Liu, 2025）、番茄籽蛋白（Falahati, Ariaii, Khoshkhoo, Asadi & Hosseini, 2025）和小麦麸质（Bakeshlou, Pirsa, Mohtarami & Bener, 2024）。与植物蛋白相比，海洋源蛋白据报道具有更优异的生物相容性。尽管它们可能存在致敏性或携带海洋病原体，但在使用经过充分表征和适当加工的海洋原料时，人畜共患病原体传播的风险预计较低（Florentino et al., 2022; Rahaman et al., 2025）。然而，目前关于海洋蛋白基膜的研究大多局限于鱼源肌原纤维蛋白，对MMCP等双壳贝蛋白的关注相对较少。与鱼源肌原纤维蛋白相比，MMCP具有更好的溶解性和富含谷氨酸及疏水性残基的特征氨基酸组成。这些特性赋予MMCP适中的机械强度、良好的柔韧性和水阻隔性能。因此，探索MMCP的成膜潜力并开发新型海洋蛋白基包装材料具有重要的研究价值。

引入多糖可有效优化蛋白基膜的理化性能（Roy et al., 2024）。研究表明，多糖的添加可通过与蛋白质的分子间相互作用增强机械强度、调节水合特性并提高热稳定性（Choi, Choi, & Han, 2024）。多糖主要按来源分类，包括海洋藻类来源、微生物发酵来源和植物种子来源类型。不同来源的多糖具有不同的分子链结构和官能团，从而导致其对蛋白膜的改性效果和作用机制各不相同。既往研究表明，从海洋红藻中提取的κ-角叉菜胶（KC）可显著提高拉伸强度（Maroufi et al., 2023）；微生物发酵产生的结冷胶（GG）可有效增强膜的耐油性和耐水性（Li, Rawdkuen, Fei & Zhang, 2025）；从角豆树种子中提取的刺槐豆胶（LBG）可有利地调节蛋白复合膜的亲水溶胀行为和柔韧性（Alves et al., 2024）。然而，这三种多糖调控MMCP膜结构和性能的机制尚未阐明。因此，明确多糖对MMCP膜性能的影响对指导海洋蛋白基复合材料的合理设计和控制制备具有重要意义。

本研究选取了三种来源和结构特征各异的多糖（KC、GG和LBG）制备了MMCP/KC、MMCP/GG和MMCP/LBG复合膜，并以单蛋白膜和单多糖膜作为对照进行了系统表征。通过频率扫描测试和黏度测量评估了成膜溶液的流变行为。同时，进一步测定了成膜溶液的粒径和Zeta电位，以表征溶液体系的分散稳定性和均匀性。对膜的若干关键特性进行了评估，包括光学性质、表面和截面微观形貌以及力学参数（拉伸强度和断裂伸长率）。还测定了与水相关的特性，即含水量、水蒸气透过率和接触角，并评估了热稳定性。此外，测定了氧气透过率和DPPH自由基清除活性，以评估膜的阻隔性能和抗氧化性能。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测了各组分间的化学结构和分子间相互作用。进一步进行了分子动力学模拟以探讨微观相互作用机制。这些发现为MMCP/多糖复合膜的开发提供了关键见解，并为其在食品包装中的潜在应用奠定了基础。

章节摘要

材料与试剂

冷冻*Meretrix meretrix*文蛤肉购自竹米食品营业部，使用前储存于-45°C。MMCP的提取率为71.6%，其中粗蛋白含量（74.8%）、灰分（7.2%）、总糖（9.2%）和粗脂肪（2.1%）。MMCP的主要分子量分布在200-66.4 kDa和44.3-29.0 kDa范围内。此外，MMCP特别富含谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、赖氨酸和精氨酸（数据未显示）。

KC和LBG购自

成膜溶液的流变行为

了解成膜溶液的流变特性对于阐明聚合物分子结构与成膜性能之间的关系以及预测其铺展性和膜均匀性至关重要（Liu et al., 2023; Bertolo et al., 2020）。所有复合样品的成膜溶液均表现为G' > G''（图1A-B），表明它们形成了以弹性特征为主导的弱凝胶网络结构。与单MMCP成膜溶液相比，MMCP/KC和

结论

本研究选取KC、GG和LBG，研究了它们对MMCP成膜性能的影响。多糖的引入，特别是KC和GG，通过氢键和静电相互作用显著提高了MMCP膜的机械强度、耐水性、微观结构、紫外屏蔽能力、氧气阻隔能力、抗氧化活性和热稳定性。此外，MMCP/KC膜表现出最低的氧气透过率和最高的DPPH

CRediT作者贡献声明

Jia-Ni Gao：撰写——初稿、验证、软件、方法论、调查、形式化分析、数据整理。Jia-Cheng Liu：调查。Bin Lai：调查。Ce Wang：调查。Jia-Nan Yan：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理。Hai-Tao Wu：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取。

未引用参考文献

Li et al., 2024; Wang et al., 2023.

利益冲突声明

? 作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或人际关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本研究得到国家自然科学基金（U22A20538）、大连市科技创新人才支持计划（2024RQ001）、中国科学技术协会青年科技人才托举工程（2023QNRC001）以及辽宁省基本科研业务费专项资金（LJBKY2024029）的资助。

Jia-Ni Gao|Jia-Cheng Liu|Bin Lai|Ce Wang|Jia-Nan Yan|Hai-Tao Wu