《Foods》：Laponite?/Ethyl Lauroyl Arginate Complex–Functionalized Silk Peptide/Chitosan Edible Coating for Banana Preservation
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本研究利用月桂酰精氨酸乙酯（LAE）对Laponite?（LRD）进行改性形成复合物，随后将其掺入丝肽（SP）和壳聚糖（CS）溶液中，通过浇铸法制备了SP–CS生物聚合物复合薄膜。与LRD相比，LRD/LAE复合物在SP–CS薄膜中表现出更优的分散性，从而改善
本研究利用月桂酰精氨酸乙酯（LAE）对Laponite?（LRD）进行改性形成复合物，随后将其掺入丝肽（SP）和壳聚糖（CS）溶液中，通过浇铸法制备了SP–CS生物聚合物复合薄膜。与LRD相比，LRD/LAE复合物在SP–CS薄膜中表现出更优的分散性，从而改善了SP与CS之间的相容性。随着LRD/LAE复合物的掺入，SP–CS薄膜的机械性能、热稳定性和抗菌性能均得到提升，而水蒸气透过率（WVP）则有所降低。值得注意的是，含有2% LRD和1% LAE复合物（SP–CS–C）的SP–CS薄膜展现出最低的WVP（0.35 g·mm·m?2·h?1·kPa?1），同时实现了最高的拉伸强度（27.99 MPa）和断裂伸长率（81.62%）。当应用于香蕉的可食性涂膜时，SP–CS–C薄膜处理组的失重率降至13.92%，硬度（176.94 g）、可滴定酸度（0.15%）和总可溶性固形物含量（19.20%）均得到改善。在第7天，微生物计数结果显示菌落总数降至3.80 log CFU/g，霉菌数降至3.30 log CFU/g，而对照组分别降至5.78和4.65 log CFU/g。这些结果表明，SP–CS–C薄膜能够在25 °C、约50%相对湿度条件下将香蕉的货架期延长至7天。
一、研究背景、问题与研究意义
近年来，石油基塑料因其低成本和多功能性在食品包装领域占据主导地位，但其不可再生性和难以生物降解的特性引发了严重的环境问题。因此，开发可持续的替代材料成为迫切需求。壳聚糖（CS）作为一种由甲壳素脱乙酰化合成的多糖，因其固有的可生物降解性、生物相容性、无毒性及成膜能力，被视为有前景的候选材料。然而，纯壳聚糖薄膜机械强度低、对水分敏感，限制了其在食品包装中的商业应用。将壳聚糖与其他生物聚合物结合是改善复合薄膜整体性能的有效策略。丝肽（SP）是丝素蛋白的低分子量水解产物，水溶性高且易于加工，是合适的增强剂。尽管已有研究关注SP–CS复合薄膜，但平衡其机械强度和阻隔性能仍具挑战性。
另一种强化生物聚合物基质的有效途径是掺入纳米填料。Laponite?（LRD）是一种合成锂皂石纳米颗粒，具有良好的生物相容性，可用于可持续食品包装以提供紫外阻隔性能。然而，LRD易因层间相互作用强而聚集，且亲水性高，导致与有机聚合物基质的界面相容性差，因此需要进行有机改性以增加层间距、减少聚集并提高疏水性。传统改性剂多采用季铵盐等人工表面活性剂，但对绿色、食品级替代品的需求日益增长。月桂酰精氨酸乙酯（LAE）是一种源自天然成分（L-精氨酸、月桂酸和乙醇）的阳离子表面活性剂抗菌剂，已被美国食品药品监督管理局批准为安全的食品防腐剂，具有广谱抗菌活性。LAE兼具亲水性阳离子头基和疏水性尾部，使其成为改性带负电荷黏土的理想候选物。
尽管已有研究探索SP–CS薄膜用于食品保鲜，但LRD/LAE复合物对其结构、功能特性及保鲜性能的综合影响尚不充分。因此，本研究假设LAE改性能够改善LRD的分散性及其与SP–CS基质的相容性，从而提升复合薄膜的性能。据研究人员所知，这是首次将LRD/LAE复合物掺入SP–CS基质并评估其对香蕉保鲜效果的报道。通过将LRD的结构修饰与复合薄膜性质及保鲜性能联系起来，本研究填补了SP–CS基可食性包装材料开发与实际应用中的重要空白。
二、主要关键技术方法
研究人员采用了浇铸法制备薄膜。首先制备了不同LAE浓度（0.5%、1.0%、1.5%，w/v）改性的LRD/LAE复合物。随后，将SP和CS溶液按6:4重量比混合，并加入5 wt%（相对于固体生物聚合物总重）的不同LRD/LAE复合物，搅拌后浇铸成膜。薄膜表征采用了扫描电子显微镜观察表面及截面形貌、傅里叶变换红外光谱仪分析化学结构和蛋白质二级结构、X射线衍射仪评估结晶度、热重分析仪研究热稳定性。薄膜性能测试包括厚度、水分含量、不透明度、透光率、水蒸气透过率和力学性能。香蕉保鲜实验选取新鲜香蕉（卡文迪什品种，购自中国南京当地水果市场），采用浸涂法涂覆成膜液，在25 °C、50%相对湿度下储存7天，定期检测外观、失重率、硬度、总可溶性固形物含量、可滴定酸度和微生物数量。
三、研究结果
3.1 傅里叶变换红外光谱分析
所有SP–CS薄膜均显示出SP和CS的特征吸收峰，且部分峰位发生位移，反映了CS与SP之间的氢键相互作用。酰胺I区（1600–1700 cm-1）的去卷积分析显示，未改性LRD的加入未显著改变SP的二级结构组成（α-螺旋16.42%，β-折叠34.62%）。相比之下，含LRD/LAE复合物的薄膜β-折叠比例显著增加，其中SP–CS–C薄膜的β-折叠含量最高（82.49%），表明LRD/LAE复合物的掺入改变了SP的分子组织，促进了β-折叠结构的形成。
3.2 X射线衍射分析
SP–CS薄膜显示了SP和CS的特征衍射峰。未改性LRD的加入导致LRD在19.81°处出现典型衍射峰，表明其在基质中聚集。含LRD/LAE复合物的薄膜在31.06°和34.4°处出现新峰，对应丝素II构象（β-折叠），且20.48°处峰强度大幅增加，表明LRD/LAE复合物可能促进SP–CS向丝素II构象转化，提高了结晶度。
3.3 扫描电子显微镜分析
SP–CS薄膜呈现相分离形态。未改性LRD的加入同样导致相分离，截面可见明显颗粒状聚集体。而含LRD/LAE复合物的薄膜表面光滑致密，截面未见明显LRD颗粒团聚，表明LAE改性后的LRD形成了剥离层，均匀分布在SP和CS基质中，改善了分散性。
3.4 热重分析
未改性LRD的加入对薄膜热稳定性影响不大。含LRD/LAE复合物的薄膜热稳定性显著提高，其中SP–CS–C薄膜性能最优：SP组分的最大失重速率温度从209.00 °C升至230.41 °C，CS组分从278.76 °C升至287.36 °C。这主要归因于LRD/LAE复合物诱导SP从丝素I结构向热稳定性更高的丝素II结构转变，以及复合物与SP、CS间的强相互作用形成了更致密稳定的网络结构。
3.5 外观、厚度、水分含量、不透明度及透光率
未改性LRD的加入使薄膜厚度从0.048 mm显著增至0.131 mm，水分含量从19.28%升至21.72%。含LRD/LAE复合物的薄膜厚度逐渐减小，SP–CS–1.5C薄膜最薄（0.057 mm），水分含量接近SP–CS薄膜。所有含LRD/LAE复合物的薄膜不透明度显著高于SP–CS和SP–CS–LRD薄膜，光透射率更低，且所有SP–CS薄膜在200–300 nm范围内均表现出良好的紫外阻隔性能。
3.6 水蒸气透过率
未改性LRD的加入使WVP从1.30显著增至1.52 g·mm·m-2·h-1·kPa-1。含LRD/LAE复合物的薄膜WVP显著降低，SP–CS–C薄膜达到最低值（0.35 g·mm·m-2·h-1·kPa-1），归因于LRD的均匀分散形成曲折路径，以及β-折叠结构增加形成紧密网络。
3.7 力学性能
未改性LRD的加入使拉伸强度从22.69 MPa降至9.6 MPa，断裂伸长率从32.09%升至38.62%。含LRD/LAE复合物的薄膜力学性能改善，SP–CS–C薄膜达到最高拉伸强度（27.99 MPa）和断裂伸长率（81.62%），得益于最佳的分散性和最高的β-折叠含量。SP–CS–1.5C薄膜力学性能略有下降，可能与LRD实际含量较低及β-折叠含量显著降低有关。
3.8 香蕉保鲜应用
3.8.1 外观：储存至第5天，对照组香蕉出现明显褐变和黑斑；SP–CS涂层组仅轻微褐变；SP–CS–C涂层组未见明显黑斑，有效延缓了香蕉腐烂。
3.8.2 失重率：储存结束时，对照组失重率达25.10%；SP–CS组降至18.83%；SP–CS–C组最低（13.92%）。
3.8.3 硬度：所有组硬度随时间下降。对照组从495.66 g降至92.55 g；SP–CS组为135.79 g；SP–CS–C组最高（176.94 g），有效减缓了软化。
3.8.4 可滴定酸度和总可溶性固形物：储存一周后，对照组TA含量降至0.12%；SP–CS组为0.13%；SP–CS–C组最高（0.15%）。对照组和SP–CS组TSS在第3天达峰值后下降；SP–CS–C组TSS持续上升，表明涂层有效延缓了香蕉成熟。
3.8.5 抗菌活性：储存结束时，对照组菌落总数和霉菌数分别为5.78和4.65 log CFU/g；SP–CS涂层组无明显优势；SP–CS–C组显著降低至3.80和3.30 log CFU/g，归因于LAE的广谱抗菌特性。
四、总结与讨论
研究人员指出，虽然SP–CS–C涂膜在香蕉保鲜方面表现出色，但仍存在局限性。研究中未考察LAE从复合物中的迁移行为和释放动力学，也未进行全面的安全性和生物降解性评估。由于实验设计仅比较了对照组、SP–CS和SP–CS–C三种涂膜，尚无法完全区分LRD和LAE各自的贡献，因此计划开展全因子实验（涵盖SP–CS、SP–CS–LRD、SP–CS–LAE及不同比例的SP–CS–LRD/LAE薄膜）以区分协同效应与加和效应。此外，还需研究浇铸法的工业化放大可行性，以及该涂膜对更广泛易腐农产品的保鲜效果，并基于品质指标变化建立预测货架期模型。
研究结论翻译：本研究开发了一种通过溶液浇铸法制备的、掺入了LRD/LAE复合物的壳聚糖/丝肽（SP–CS）薄膜，特别关注了LAE改性的LRD如何影响复合薄膜的结构和性能。LRD/LAE复合物改善了LRD在SP–CS基质中的分散性，并与增强的SP–CS相容性相关联，从而提升了机械、热学和抗菌性能，这可归因于SP–CS网络内酰胺类光谱特征和晶体排列的改变。当用作涂膜时，SP–CS–C成膜溶液降低了香蕉的失重率，同时在储存期间更好地保持了香蕉的硬度、可滴定酸度和可溶性固形物含量。
