用于可持续食品包装的蛋白质淀粉样纤维：从结构设计与功能增强到保鲜性能：综述

《International Journal of Biological Macromolecules》：Protein amyloid fibrils for sustainable food packaging: From structural design and functional enhancement to preservation performance: A review

　　

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  淀粉样纤维（AFs）是有前景的可持续食品包装构建模块。
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  淀粉样纤维显著增强了成膜性、力学性能和阻隔性能。
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  淀粉样纤维作为增强添加剂，可实现多功能食品包装。
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  AFs的控释特性扩展了其在活性涂层和包装领域的应用。
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  与蛋白质、多糖和生物活性物质的杂化扩展了功能范围。

引言

包装是食品供应链的重要组成部分，涵盖储存、运输和消费等环节。除促进食品产品的分销、销售和使用外，包装在保持新鲜度和质量、延长保质期以及确保食品安全方面也发挥着核心作用[1]。包装可有效保护食品免受不利外部因素的影响，包括温度、光照、湿度、微生物和异味，同时减少撞击和压缩等物理损伤[2], [3]。随着消费升级、冷链物流的扩展和新零售的发展，食品包装行业迅速增长，功能化、智能技术和多元化成为主要趋势。高阻隔包装、气调控制和智能监控等技术正日益应用于满足新鲜农产品、预制食品和功能性食品的多样化需求[4]。与此同时，全球可持续性举措和绿色消费需求的增长加速了向安全、低碳和环境可持续包装系统的转型[3], [5]。

传统石油基塑料包装因其轻质、低成本和优异的力学及阻隔性能，仍是食品包装中最广泛使用的材料之一，占据近40%的市场份额[6]。然而，尽管具有这些优势，大多数传统塑料难以生物降解，仅有约9%的塑料废弃物得到有效回收。因此，大量塑料废弃物通过填埋、焚烧或不当处置方式处理，导致土壤污染、水生系统中的微塑料污染以及更广泛的生态破坏[7]。这一问题在发展中国家尤为突出，不完善的废物管理和回收基础设施导致大量塑料泄漏，亚洲和非洲是海洋塑料污染的主要贡献者[8]。此外，塑料生产和废物管理消耗大量化石资源，并产生大量温室气体排放，对可持续发展和向循环经济转型构成了重大挑战[9]。这些环境关切推动了可生物降解和生物基替代材料的发展，聚乳酸（PLA）、淀粉基和蛋白质基材料成为可持续食品包装的有前景候选材料[10]。

随着生物基包装的发展，研究日益聚焦于兼具可持续性与增强功能及智能性能的材料。包括聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）、淀粉、纤维素、壳聚糖和蛋白质等在内的生物基聚合物受到了广泛关注，而共混、交联、纳米增强和活性化合物负载等方法被广泛应用于改善其力学、阻隔和功能性能[11]。然而，许多生物聚合物仍存在耐水性差、湿态稳定性不足、难以同时实现高机械强度和高阻隔性能、活性化合物释放控制有限、生产成本相对较高以及大规模制造困难等问题[12]。这些局限性凸显了对能够整合机械强度、阻隔性能、功能活性和可生物降解性的新型生物基材料的迫切需求。

在此背景下，蛋白质淀粉样纤维凭借其优异的成膜能力、高机械强度、气体阻隔性能和可生物降解性，成为下一代食品包装的有前景的结构构建模块。淀粉样纤维通过动植物来源蛋白质的受控自组装形成，其特征结构基元为高度有序的交联β折叠结构[13]。其高纵横比和大比表面积促进了纤维网络的形成和界面相互作用，从而提高了生物聚合物薄膜的机械性能。这些特性可通过共混和交联策略进一步调控[14], [15]。此外，淀粉样纤维基膜可提供氧气和水蒸气阻隔性能，并具有抗氧化和抗菌活性[16]。重要的是，淀粉样纤维可从食品蛋白和食品加工副产品（包括乳清、大豆和谷物蛋白）中制备，为包装材料提供了潜在的可持续来源[17]。其可生物降解性和食品接触应用的潜力进一步增强了其在可持续包装领域的相关性[15], [16]。

近年来，淀粉样纤维在食品包装和保鲜领域的应用研究进展迅速，众多研究已证明其在果蔬、肉制品和加工食品中的保护效果。尽管已有若干综述考察了淀粉样纤维在食品行业的应用，但大多聚焦于其绿色合成、功能改性、营养特性和食品应用，对食品包装和涂覆的关注有限。例如，Sawant等人综述了从食品加工副产品中可持续生产淀粉样纤维及涉及多糖、多酚和物理改性的稳定策略，突出了其在食品质地改善和生物活性递送方面的潜力[18]。Yang团队总结了淀粉样纤维在绿色可持续食品中的功能性添加剂特性，强调了大规模生产和食品安全方面的挑战[19]。Poonia等人综述了其营养和可持续应用，重点关注其在改善凝胶化和乳化方面的作用，同时讨论了蛋白质消化率和长期食用潜在风险的担忧[20]。

总之，尽管现有研究已广泛考察了淀粉样纤维的制备、功能改性、营养特性和产业化挑战，但专门针对其在食品包装和涂覆中应用的系统综述仍然稀缺。特别是，其调节力学、阻隔、抗菌和抗氧化性能背后的结构-功能关系，以及其对食品保鲜的影响尚未得到全面探讨。因此，本综述系统总结了淀粉样纤维基食品包装和涂层材料的最新进展，重点涵盖其制备、结构-功能关系、性能调控和保鲜应用。通过整合当前研究进展，本综述旨在填补现有文献的空白，为淀粉样纤维在可持续食品包装中的进一步开发和实际应用提供理论基础。

章节摘录

方法学

为确定淀粉样纤维在食品包装领域的研究热点、主题演变和知识结构，利用从Web of Science核心合集数据库中检索的出版物进行了文献计量分析。使用与"淀粉样纤维"和"食品包装"相关的关键字预定义组合来识别相关文献，然后根据主题相关性进行筛选。检索记录以兼容VOSviewer的格式导出，用于

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CRediT作者贡献声明

乔莹璐（Yinglu Qiao）：论文撰写——初稿撰写、可视化、数据管理、概念设计。许祥宾（Xiangbin Xu）：论文撰写——初稿撰写、可视化、数据管理。费涛（Tao Fei）：论文撰写——初稿撰写、可视化、数据管理。李瑶（Yao Li）：论文撰写——审阅与编辑、可视化。Abdulhakeem S. Alamri：论文撰写——审阅与编辑、可视化。Majid Alhomrani：论文撰写——审阅与编辑、可视化。张万里（Wanli Zhang）：论文撰写——审阅与编辑、可视化、指导。杨涛（Tao Yang）：论文撰写——审阅与

利益冲突声明

作者声明，他们没有任何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。

乔莹璐（Yinglu Qiao）|许祥宾（Xiangbin Xu）|费涛（Tao Fei）|李瑶（Yao Li）|Abdulhakeem S. Alamri|Majid Alhomrani|张万里（Wanli Zhang）|杨涛（Tao Yang）