食品蛋白纳米纤维薄膜的制备、功能特性及应用的最新进展

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Recent Advances in the Fabrication, Functional Characteristics, and Applications of Food Protein Nanofibril Films

　　• 综述了纤维化调控与成膜方法。• 综述了机械性能、阻隔性能和抗菌性能的协同增益。• 概述了在食品包装和智能系统中的应用。• 分析了生物降解和规模化工业化的挑战。引言在全球塑料污染严重、消费者对食品安全和可持续性需求迅速增长的背景下，开发可生物降解且多功能的食品包装材料已成为食品科学和材料工程领域的迫切需求。食品包装的核心功能是维持食品品质、延长货架期并确保食品安全，同时可持续性也已成为关键考量因素（Meenu et al., 2025）。蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子，其生物学功能由其特定的三维结构决定。蛋白质对环境条件的结构敏感性为功能性蛋白质纳米纤维基薄膜的形成提供了基础。由食品蛋白质纳米纤维形成的薄膜不仅能满足机械强度和阻隔性能等基本包装要求，还能提供活性保护功能，如抗菌和抗氧化功能，这与现代环保包装的发展趋势相契合（Karabulut, 2025）。数据来源于Web of Science核心合集，以“protein nanofibril film”“amyloid film”和“amyloid coating”为检索词，时间范围为2016—2026年。图1(a)概述了食品蛋白质纳米纤维薄膜的发展历程，图1(b)展示了三个检索类别的年度发文量。这些类别可能存在重叠，且不限于食品蛋白质来源的材料。现有综述已总结了蛋白质纳米纤维的形成、结构及食品技术功能（Miao et al., 2025; Y. Zhang et al., 2024），以薄膜为焦点的综述也讨论了制备策略和包装性能（Li et al., 2024; Pechkova et al., 2025）。本综述更加注重将纤维形成的证据与各薄膜体系的性能相关联，区分食品蛋白质纳米纤维（FPNs）与相转变蛋白质聚集体，并将薄膜性能与食品特定的保鲜需求相联系。本综述阐明了食品蛋白质纤维化过程中的关键因素和动力学机制，并考察了FPN的形成和结构如何影响薄膜性能。系统讨论了食品蛋白质基纳米纤维薄膜的制备方法，重点关注主要制备方法（包括溶剂浇铸、静电纺丝、浸涂和喷涂）的基本原理、固有特征和关键决定因素。通过将加工路线与功能特性和应用潜力相联系，本综述评估了FPN薄膜在食品包装和保鲜中的实际意义，包括其相对于传统塑料和其他生物基薄膜的性能表现。如图1(a)和(b)所示，近年来FPN薄膜的发表数量显著增加。章节摘录食品蛋白质纳米纤维淀粉样纤维最初因其与神经退行性疾病（包括阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病和克雅氏病）的关联而受到关注。后续研究表明，在适当条件下，多种蛋白质（包括食品蛋白质）可以自组装形成蛋白质纤维或类淀粉样纤维（Y. Cao & Mezzenga, 2019）。FPN通常通过在远离蛋白质等电点的pH值下加热形成。蛋白质薄膜的制备方法将FPN分散体转化为功能性薄膜需要采用适合预期应用的制备方法。溶剂浇铸和静电纺丝是目前实验室规模的主要方法，而浸涂和喷涂等涂覆方法为改性大型或不规则表面提供了更简便的途径。每种方法基于不同的加工原理，产生适合不同应用的薄膜结构。FPN薄膜的功能特性食品蛋白质纤维薄膜的功能源于其紧凑有序的β-折叠结构，这赋予了其良好的机械强度、水蒸气阻隔性能和热稳定性。通过掺入复合组分或负载生物活性物质，可以进一步实现多功能性，包括抗菌活性、抗氧化能力、响应性和紫外屏蔽性能，从而在多个领域实现广泛应用。FPN薄膜的应用得益于其原料的可降解性和可再生性，FPN薄膜已成为传统包装材料的可持续替代品，并在食品包装和保鲜中得到日益广泛的应用。由于不同食品和储存条件对性能有不同的要求，合理的原料选择、可调的功能化和面向应用的结构设计可以使FPN薄膜提供针对性的包装和保鲜功能。FPN的安全性FPN的安全性主要由其蛋白质来源、纤维结构和胃肠道命运决定。现有证据表明，β-乳球蛋白和溶菌酶纤维在胃肠道消化后不会诱导可检测的细胞毒性或组织淀粉样斑块沉积，并表现出降低的抗原性（D. Xu et al., 2023）。然而，类淀粉样卵清蛋白纤维仍可能触发先天免疫反应（Luyckx et al., 2025）。关于交叉播种，多种挑战与展望FPN薄膜在食品保鲜和其他材料应用中具有潜力，因为其原料可以是可再生的，其功能可以定制。然而，从实验室研究到大规模应用的转化仍然面临挑战（Shah et al., 2023）。为了阐明FPN薄膜的现实替代范围，还应将其与石油基塑料、商业化生物塑料和其他生物聚合物薄膜进行比较。工业大豆乳清来源的FPN薄膜的拉伸强度和结论在全球塑料污染和绿色发展需求日益增长的背景下，FPN薄膜凭借其可再生性、生物相容性和潜在的可生物降解性，可在特定应用中作为石油基包装的可持续替代品。以FPN作为主要结构或增强组分的薄膜可表现出良好的机械性能、阻隔性能、抗菌性能、抗氧化性能和粘附性能，在食品包装和保鲜方面具有应用潜力。未引用参考文献Feng et al., 2025; Lai et al., 2025; Wang et al., 2025; Yang et al., 2024.CRediT作者贡献声明Yixin Liang：撰写初稿、撰写及审阅编辑、可视化、验证、资源、项目管理、调查、概念化。Feiyang He：撰写初稿、可视化、验证、软件、调查。Rui Jiang：调查、软件、验证。Yuyan Zhou：软件。Chen Guan：撰写初稿、撰写及审阅编辑、可视化、验证、监督、资源。利益冲突声明作者声明，他们不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，可能影响本文所报告的工作。数据可用性本综述未创建或分析任何新数据。数据共享不适用于本文。致谢本工作由黑龙江八一农垦大学人才引进与培养科研启动基金（XDB202303）、黑龙江八一农垦大学博士后专项资助、黑龙江八一农垦大学研究生创新研究项目、大学生创新创业训练计划项目资助。Yixin Liang|Feiyang He|Rui Jiang|Yuyan Zhou|Chen Guan