基于农业废弃物微生物衍生材料制备替代性包装薄膜：单细胞蛋白、细菌纤维素与微生物黑色素整合的生物精炼策略

《Foods》：Engineering Two Sustainable Packaging Platforms from Agricultural Waste: Microbial Melanin-Enhanced Single-Cell Protein and Bacterial Cellulose Films

　　

摘要

本研究提出了一种可持续的生物精炼策略，通过将三种由农业工业废弃物生产的微生物衍生材料进行整合，开发替代性包装薄膜。奶酪乳清和柑橘类废弃物被用作生产单细胞蛋白（SCP）、细菌纤维素（BC）和微生物黑色素（MM）的可再生底物。SCP由富含蛋白质的干燥微生物生物质组成，而BC是一种具有优异理化性质的可再生生物聚合物。MM是由黑酵母产生的天然色素，是一种具有相当技术潜力的多功能生物聚合物。在本研究中，SCP和BC被用作两种不同的成膜基质，而MM则作为功能添加剂被纳入两种薄膜中以增强其性能。据作者所知，这是首次报道将微生物黑色素同时应用于基于SCP和基于BC的薄膜中。SCP和BC分别由Kluyveromyces marxianus EXF-5288和Komagataeibacter rhaeticus UNIWA AAK2生产，而微生物黑色素则由在柑橘类废弃物上培养的Exophiala phaeomuriformis EXF-6108产生。黑色素的掺入增强了含20%黑色素的SCP基薄膜的紫外线屏蔽性能，其UVC/UVB透过率显著降低，不透明度增加，同时降低了所有薄膜配方中的水蒸气透过率。由葡萄糖和奶酪乳清生产的BC基薄膜，掺入黑色素后拉伸强度分别从4.4 ± 0.9 MPa和3.7 ± 1.7 MPa提高至6.0 ± 1.3 MPa和8.5 ± 2.4 MPa。总体而言，研究结果表明，废弃物衍生的微生物材料可实现可持续包装并推动循环生物经济的发展。