《Food Chemistry》：Complex coacervation of eggshell membrane keratin and gelatin: Interaction mechanism, structural regulation, and functional properties
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•蛋白质可组装为具有可调微结构的静电凝聚复合物。•8:2明胶/角蛋白混合物形成致密网络结构，实现最佳性能。•疏水相互作用是驱动蛋白质稳定自组装的主要作用力。•废弃蛋壳膜被转化为食品生物高分子稳定剂。引言全球禽蛋及蛋制品的消耗量持续攀升，产生了大量蛋壳废弃物，由此引发资源浪费和
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蛋白质可组装为具有可调微结构的静电凝聚复合物。
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8:2明胶/角蛋白混合物形成致密网络结构，实现最佳性能。
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疏水相互作用是驱动蛋白质稳定自组装的主要作用力。
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废弃蛋壳膜被转化为食品生物高分子稳定剂。
引言
全球禽蛋及蛋制品的消耗量持续攀升，产生了大量蛋壳废弃物，由此引发资源浪费和环境污染问题（Payandeh等，2025年）。蛋壳作为一种农业副产品，大多被送往垃圾填埋场；而附着于蛋壳上的蛋壳膜在采用传统多步强化学提取法处理过程中会产生二次污染。蛋壳废弃物具有独特的天然生物大分子结构，作为绿色生物质原料，有望推动可持续储能与转换材料的发展，从而实现固体废弃物增值利用与低碳产业发展的双重效益（Guo等，2026年）。蛋加工厂产生的蛋壳废弃物由无机碳酸钙和一层薄薄的纤维状有机蛋壳膜（ESM）组成。有机蛋壳膜仅占蛋壳总质量的4–6 wt%，而碳酸钙占剩余的94–96 wt%（Shi等，2021年）。此前的研究已全面表征了蛋壳粉的理化性质、纳米级形貌、生物利用度及FTIR光谱特征，并进一步验证了其在烘焙松饼中的实际应用，确立了面向食品的蛋壳生物废弃物增值利用的典型研究范式（Mahmood等，2025年）。根据联合国粮农组织官方统计，2021年全球鸡蛋产量约为8600万公吨，且蛋业在全球范围内持续增长。这种快速扩张在集约化养殖和生产加工系统中伴随着高能耗以及严重的废弃物污染风险（Payandeh等，2025年）。尽管蛋壳膜在蛋壳中的质量分数较低，但蓬勃发展的蛋业每年会产生巨量废弃蛋壳膜，这构成了一个富含高价值功能蛋白质的、尚未充分开发的可持续资源。蛋壳膜附着于蛋壳内表面，是一种天然蛋白质纤维膜，其中蛋白质含量为80%–90%，以角蛋白、胶原蛋白（明胶的前体）和糖蛋白为主，均具有独特的生物活性和功能特性（Guo等，2026年）。
角蛋白是蛋壳膜的主要蛋白质成分，因其含硫量高而具有优异的机械稳定性和丰富的分子结合位点（Oluba等，2023年）。另一种核心成分是胶原蛋白，其水解产物为明胶，已受到广泛的研究关注。明胶具有出色的成膜性、生物相容性和低免疫原性，使其在食品和生物医学领域得到广泛应用（Talha等，2024年）。我们的前期研究建立了一种高效的一步碱提取技术，可同时从蛋壳膜中分离角蛋白和明胶，提取率分别达到12.5%和57.6%。回收的角蛋白（分子量：15–52 kDa；粒径：248.6 nm）和明胶（分子量：6.5–130 kDa；粒径：201.3 nm）分子量降低、水溶性提高，并且构象从α-螺旋转变为β-折叠，增强了分子柔韧性（Guo等，2026年）。两种蛋白质均表现出良好的抗氧化能力（角蛋白37.06%，明胶25%）和热稳定性。值得注意的是，角蛋白与明胶的混合使用显著提升了乳化能力和界面吸附性能，优于单一蛋白质体系。这些初步结果为开发蛋壳膜来源的生物材料，用于食品、化妆品和生物医学应用奠定了坚实基础（Talha等，2024年）。
蛋白质大分子在水介质中可通过分子间静电吸引自组装为复合凝聚复合物，这种静电相互作用的强度取决于蛋白质种类、表面电荷密度、分子量、浓度、质量比，以及环境pH、温度和离子强度（Pang等，2025年）。在大多数情况下，二元复合蛋白质凝聚复合物相较于单一蛋白质基质具有更优越的功能性能（Lima等，2024年）。通过调节组装条件，生物高分子可形成具有层级有序的微结构，这些微结构已被广泛应用于乳化稳定、生物活性化合物包埋以及可生物降解复合材料的制备（Pang等，2025年）。两种带相反电荷的生物高分子之间的复杂凝聚作用已成为食品科学中一种主流的包埋和递送策略，大量近期关于植物/动物蛋白质-多糖复合体系的研究已验证了这一点。例如，酪蛋白酸盐-果胶复杂凝聚复合物被制备为递送载体，实现了藏红花提取物的缓释（Ardestani等，2024年）；小麦胚芽蛋白和高甲氧基果胶形成凝聚复合物载体用于包埋d-柠檬烯（Jamshidian等，2024年）；亚麻籽胶与米糠蛋白结合构建了负载香兰素/β-环糊精包合物的复杂凝聚微胶囊（Hasanvand等，2019年）；此外，系统性研究还表征了乳清蛋白-果胶和亚麻籽胶-米糠蛋白凝聚复合物的流变学、结构及相分离行为，揭示了调控生物高分子凝聚作用的关键规律（Hasanvand等，2018年；Raei等，2018年）。尽管角蛋白和明胶已在众多独立研究中分别得到探索，但源自蛋壳膜的角蛋白-明胶二元凝聚复合物的协同组装及分子间相互作用机制仍知之甚少。阐明其结合力（氢键、疏水相互作用、静电偶联等）对于设计新型天然生物高分子材料、满足清洁标签食品添加剂和包装基材日益增长的需求具有重要的理论意义。
本研究采用一锅法碱提取策略，从废弃蛋壳膜中同步回收角蛋白（KER）和明胶（GEL）。我们假设通过调节体系pH值、离子强度和角蛋白/明胶混合比，可以实现适用于食品相关生物材料应用的高性能二元蛋白质凝聚复合物的制备。本研究系统表征了不同制备条件下蛋白质凝聚复合物的组装行为，阐明了蛋壳膜角蛋白与明胶之间的分子间相互作用机制，并探索了所得复合凝聚复合物的应用潜力。总体而言，本研究为基于废弃蛋壳膜蛋白质开发新型功能食品包装和可生物降解生物材料提供了理论指导和可行的技术路线。
各章节摘要
材料
废弃蛋壳从哈尔滨（黑龙江省，中国）本地家庭鸡蛋废弃物的三个独立批次中收集，以消除单一批次实验偏差并确保样本代表性。将原始蛋壳用自来水彻底冲洗以去除表面杂质，然后浸泡在温热蒸馏水中，物理分离完整的蛋壳膜（ESM）与蛋壳碳酸钙。分离得到的蛋壳膜经离心去除残留水分后，在恒温
相行为
pH依赖性浊度测量是表征二元蛋白质复合体系的相分离行为和静电相互作用演变的经典且可靠的方法。溶液pH值对生物高分子的表面电荷密度起关键调控作用，进而决定复杂凝聚作用的发生（Li等，2025年；Pang等，2025年）。带相反电荷的蛋白质分子之间的静电吸引已被确认为主要的驱动力
结论
本研究成功实现了从废弃蛋壳膜（ESM）中角蛋白和明胶的一步同步碱提取，并通过精确调节pH值、离子强度和蛋白质混合比，制备了稳定的复合凝聚复合物。确定的最佳制备条件为pH 4.5、50 mmol/L NaCl以及明胶与角蛋白的质量比为8:2。在这些优化条件下，复合材料形成致密且排列有序的弹性凝胶，具有纤维状
CRediT作者贡献声明
郭燕丽：撰写——初稿、调查、形式分析、概念设计。方先：验证、方法学、调查、形式分析。张大：验证、方法学、形式分析。张华江：撰写——审阅与编辑、验证、监督、项目管理、资金获取。李涵玉：撰写——审阅与编辑、验证、项目管理、资金获取。吴经纬：资源、调查、资金获取、形式分析。徐丽娜
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究未获得公共、商业或非营利部门基金会的专项资助。
郭燕丽|方先|张大|张华江|李涵玉|吴经纬|徐丽娜|夏宁
