导读：
开发具有成本效益且环保的活性包装材料仍然是一项重要挑战。近期，北京工商大学食品学院王静教授、张慧娟教授等人采用微流控纺丝技术制备了米糠蛋白（RBP）/羧甲基纤维素（CMC）/ZrO2纤维。探讨了纤维的形成机制，通过光催化实验验证了其抗菌性能，并考察了其对草莓保鲜的影响。相关研究以“Photocatalytic rice bran protein/carboxymethyl cellulose/ZrO2 fiber produced by microfluidics: Formation mechanism, bacteriostasis and strawberry preservation”为题目，发表在期刊《Food Chemistry》上。
本文要点：
1、本研究采用微流体纺丝技术制备了基于米糠蛋白（RBP）的纤维，其中包含羧甲基纤维素（CMC）和ZrO2纳米粒子（ZrO2 NPs，0%-7%，m/m）。
2、RBP、CMC和ZrO2 NPs的结合形成了强氢键网络，增强了纤维的热稳定性和结晶度，降低了表面疏水性，并使分子取向一致。
3、在可见光（300 W，12 h）催化下，纤维中的ZrO2 NPs产生活性氧，抑制枯草芽孢杆菌的抗氧化应激系统，破坏其生物膜和DNA，显示出优异的抗菌效果。
4、在储存过程中，这种纤维还显示出清除乙烯的能力，从而降低草莓的亮度、硬度和重量损失率，为食品保鲜、抗菌以及米糠副产品的增值利用提供了新思路。
在米糠蛋白/羧甲基纤维素/氧化锆（RBP/CMC/ZrO2）纤维的制备过程中，微流控纺丝技术起到了哪些关键作用？
1、微流控纺丝技术提供了一种精确控制流体流动和混合的环境，使得CMC、RBP和ZrO2 NPs能够在微通道中均匀混合，形成稳定的纺丝溶液。
2、微流控芯片产生的强烈剪切力促进了RBP、CMC和ZrO2 NPs之间的分子间氢键的形成，这种氢键网络结构增强了纤维的热稳定性和结晶度。
3、微流控纺丝技术还能精确控制纤维的直径和形态，这对于最终材料的性能至关重要。
4、微流控纺丝技术可以实现连续化生产，有助于提高生产效率和规模化制造。
在草莓保鲜应用中，RBP/CMC/ZrO2纤维是如何实现抗菌和乙烯清除功能的？
RBP/CMC/ZrO2纤维在草莓保鲜中实现抗菌和乙烯清除的功能主要依赖于两个方面：光催化活性和物理吸附。首先，纤维中的ZrO2 NPs在可见光催化下能够与环境中的O2和H2O迅速反应，产生大量的活性氧种（ROS），如羟基自由基（·OH）和超氧阴离子（·O2−），这些ROS能够破坏细菌的细胞膜和DNA，抑制其生长和繁殖，从而实现抗菌效果。
其次，RBP/CMC/ZrO2纤维能够吸附草莓释放的乙烯气体，这主要是因为RBP中的活性基团（如巯基）能够与乙烯发生反应，减少乙烯浓度，延缓草莓的成熟和衰老过程。
此外，光催化条件下，·OH能够持续攻击乙烯分子中的C=C双键，将其转化为甲醛、甲酸，最终转化为CO2和H2O，进一步清除乙烯。这种结合了物理吸附和光催化降解的机制，使得RBP/CMC/ZrO2纤维在草莓保鲜中表现出了优异的性能。
图1.RBP/CMC/ZrO2纤维的制备工艺及纤维的氢键网络结构。
图2.RBP/CMC/ZrO2纤维的微观结构、分子间结构和稳定性。
图3.RBP/CMC/ZrO2纤维的晶体结构。
图4.RBP/CMC/ZrO2纤维的XPS分析。
图5.RBP/CMC/ZrO2纤维对枯草芽孢杆菌的抗菌活性。
图6.RBP/CMC/ZrO2纤维的抗菌机理。
图7.RBP/CMC/ZrO2纤维对草莓贮藏品质的影响。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.142022
