题目：利用淀粉样蛋白涂层保持水果新鲜

期刊：Nature Communications

影响因子：15.7

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60382-4

汇报人：王倩-2025级硕士

针对易腐果保鲜中的关键挑战，包括疏水表面处理、复杂角质层上的保护层附着以及保鲜成分的协同整合，本文提出了一种通过计算机辅助分子模拟开发的环保型淀粉样蛋白包衣策略。该系统采用相变溶菌酶作为粘合到水果表皮蜡上的粘合层，与海藻酸钠和纤维素纳米晶体协同形成蛋白质屏障。该包衣在 17 个水果品种中进行了验证，通过微生物抑制、减少水分流失和延迟腐烂，将保质期延长了 2-5 倍，同时保持了 60-98% 的营养保留率，超过了化学保鲜效果，没有毒性风险。该涂层具有可食用特性、易清洗和低成本，对收获后和鲜切水果具有普遍适用性。值得注意的是，与冷藏相比，它减少了 90% 的二氧化碳排放量，同时将保质期延长了 2.5 倍。这些将淀粉样蛋白涂层定位为缓解全球食物浪费问题的实用且可持续的方法。

全球粮食系统面临严峻挑战，其中易腐水果的采后损失是构成食物浪费的关键环节，据估计每年有高达50%的田间水果被废弃。水果表面虽存在天然角质蜡层作为物理化学屏障，但其防护效能有限，难以抵御采后微生物侵染、氧化应激、水分流失及生理衰老等复合生物学过程导致的快速腐败与品质劣变。现行主流保鲜策略，如化学防腐剂存在潜在毒理风险，冷链储运则伴随高能耗与显著碳足迹，均与可持续发展的目标相悖。此外，基于生物聚合物的可食用涂膜技术虽被视为一种前景广阔的替代方案，却长期受限于其在疏水及异质性果皮表面的界面浸润性与粘附普适性不足，以及多功能组分间难以实现协同增效等核心科学瓶颈。因此，亟需发展一种能够实现稳固界面锚定、兼具多重保鲜功能且环境友好的新型涂层体系，以应对减少食物浪费与推动农业可持续发展的双重挑战。

1. 胶粘剂保鲜ALP涂料的设计与制备

分子动力学模拟与实验验证表明，相较于天然溶菌酶，经相变形成的淀粉样溶菌酶与水果角质蜡的界面结合更为高效且牢固。模拟结果显示，其结合能提升了31%，接触面积增加了26%。实验证实，该淀粉样蛋白作为粘合基底，与海藻酸钠、纤维素纳米晶体复合后，形成的ALP涂层附着力是天然溶菌酶的5倍，并能在多种疏水果皮上快速铺展形成均匀液膜。这得益于相变过程诱导的蛋白质β-折叠构象转变及暴露的多种官能团，它们共同增强了涂层内部分子间作用力及其与果蜡的界面多重结合。

2. ALP 涂层的多功能保鲜功能

研究证实ALP涂层具备优异的综合性能，完全满足理想保鲜材料的要求。该涂层表现出剪切稀化行为，适用于喷涂工艺，能形成均匀薄膜。其机械性能（断裂强度2.82 MPa，应变39%）与常用可食用膜和合成包装材料相当，展现出良好的柔韧性和抗断裂能力。同时，涂层具有高透明度，能保持水果自然外观。特别值得注意的是，ALP涂层展现出卓越的阻隔性能：水蒸气透过率（约4 g mm m⁻² d⁻¹）和氧气透过率（22 cm³ μm m⁻² day⁻¹ kPa⁻¹）显著低于多数生物聚合物材料。功能方面，ALP涂层具有强大的抗氧化活性（DPPH和ABTS自由基清除率分别达71%和近100%）和显著抗菌能力，能有效延缓水果呼吸高峰，抑制褐变和软化，为延长货架期提供了多重保障。

3. ALP涂层的普适性水果保鲜特性

ALP涂层在17种水果上展现出卓越的保鲜效果。对非呼吸跃变型水果（如草莓、枇杷、冬枣、金桔）和呼吸跃变型水果（如樱桃番茄、芒果、香蕉等）的实验表明，该涂层能延长保质期2-5倍。在高温条件下（37-42°C）仍保持显著效果。其保鲜机制源于多重功效：有效抑制多种腐败微生物（对毛霉、镰刀菌等抑制率超90%），减少33-69%的重量损失，保持果实硬度（刚度损失降低9%-91%），并显著保留营养成分（VC损失减少14%-92%，TA损失减少21%-65%）。电子鼻/舌分析证实，涂层处理的水果能长期保持与新鲜水果相似的香气、风味和质地，可食用率提高30%-90%。

4. 采用ALP涂层保存鲜切水果的适用性

ALP涂层在鲜切水果保鲜方面展现出卓越性能。实验表明，该涂层能显著延缓鲜切苹果的酶促褐变，减少高达88%的重量损失，并将营养保留率提升至57%-86%（未处理组仅为8%-39%）。在抗菌方面，ALP涂层将细菌和真菌出现的时间分别推迟了6天和8天。对包括苹果、草莓、蓝莓等在内的多种鲜切水果，涂层使其货架期延长4倍，即使在42℃高温下仍能保持显著效果。电子鼻/舌分析证实，处理后的水果能保持与新鲜水果相似的香气和风味特征，突显了该技术在鲜切水果保鲜领域的巨大应用潜力。

5.  ALP 涂料的可水洗、可食用和可持续特性

生物安全性与可持续性评估证实ALP涂层具有高度应用潜力。安全性测试显示：涂层易于水洗清除，大鼠28天饲喂实验未发现毒性反应，器官病理学、血常规及肝肾功能指标均正常，溶血率（2.46%）显著低于国际安全标准（5%）。生命周期评估表明：与4℃冷藏相比，ALP涂层在23℃环境下可将樱桃番茄保质期延长至10天，同时减少90%的碳排放。对草莓等非呼吸跃变型水果，ALP涂层保鲜效果与冷藏相当，但碳足迹显著降低，展现出作为环保型冷链替代方案的巨大潜力。

本研究成功开发了一种基于淀粉样溶菌酶（ALP）的环保型水果保鲜涂层。该涂层通过相变溶菌酶与海藻酸钠、纤维素纳米晶体复合，在水果表面形成致密稳定的保护膜。分子动力学模拟证实其与果蜡界面结合能提升31%，附着力达天然溶菌酶的5倍。在17种水果上的实验表明，ALP涂层能延长货架期2-5倍，有效抑制微生物生长（对多种致病菌抑制率>90%），降低水分损失33-69%，并保持60-98%的营养成分。涂层还展现出优异的抗氧化活性（ABTS清除率近100%）和机械性能。安全性评估证实其可食用、易清洗且生物相容性良好。生命周期分析显示，该技术可替代冷链储存，在室温下实现90%的碳减排，同时每公斤水果处理成本仅0.09美元，为减少采后损失提供了可持续的解决方案。