夏天到了，水果攤上的西瓜、荔枝、芒果格外誘人。可買回家沒兩天，有些水果就開始發(fā)霉變質(zhì)，讓人心疼又無(wú)奈。這不僅是我們的煩惱，更是全球性的難題——據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年約有一半的水果因?yàn)楦癄€而被白白扔掉。
最近，陜西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授楊鵬團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種可以吃的"水果保護(hù)膜"。這種特殊的涂層能讓水果保鮮時(shí)間延長(zhǎng)5倍，就連切開的西瓜放在冰箱里也能保持10天不變質(zhì)。最重要的是，這個(gè)技術(shù)完全不用化學(xué)防腐劑，安全又環(huán)保。相關(guān)成果發(fā)布在《自然·通訊》。
全方位防腐
楊鵬介紹說，水果之所以容易變質(zhì)，其實(shí)是多種因素共同作用的結(jié)果。除了微生物的侵襲，水果自身的生命活動(dòng)也是一個(gè)重要原因。“比如蘋果、香蕉、獼猴桃等呼吸躍變型水果，在采摘后仍會(huì)釋放乙烯等氣體，使其繼續(xù)成熟。”楊鵬解釋道，市面上的一些保鮮手段會(huì)通過減緩水果的新陳代謝來(lái)延長(zhǎng)它們的保質(zhì)期。此外，水果在儲(chǔ)存過程中還會(huì)損失水分和營(yíng)養(yǎng)，導(dǎo)致口感和風(fēng)味下降。
楊鵬在深入分析導(dǎo)致水果腐敗的關(guān)鍵因素后，敏銳地發(fā)現(xiàn)，他長(zhǎng)期研究的蛋白質(zhì)淀粉樣聚集體材料，或許能提供一箭多雕的解決方案。這種特殊材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，有望從多個(gè)維度協(xié)同解決水果保鮮的難題。
蛋白質(zhì)淀粉樣聚集體是一種特殊的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，在自然界中其實(shí)很常見。我們最熟悉的例子可能就是阿爾茨海默病患者大腦中的淀粉樣蛋白斑塊。不過，楊鵬教授解釋說，這類蛋白質(zhì)聚集體并非都是有害的，它們?cè)诤芏嗾Ｉ磉^程中都發(fā)揮著重要作用。比如，植物會(huì)利用這種結(jié)構(gòu)來(lái)儲(chǔ)存蛋白質(zhì)；小朋友換牙時(shí)，新牙的生長(zhǎng)也需要這類蛋白質(zhì)聚集體來(lái)引導(dǎo)礦物質(zhì)沉積。不同蛋白質(zhì)形成的聚集體，功能也各不相同。
這類天然蛋白質(zhì)聚集體有個(gè)很特別的性質(zhì)：它們具有極強(qiáng)的黏附能力。楊鵬團(tuán)隊(duì)想到，如果能將其制成薄膜覆蓋在水果表面，就能像"防護(hù)服"一樣隔絕空氣和水分流失，從而延緩水果變質(zhì)。但傳統(tǒng)的制備方法需要高溫、強(qiáng)酸和有機(jī)溶劑，不僅耗時(shí)長(zhǎng)（需要幾十小時(shí)才能生成少量納米纖維），還違背了環(huán)保理念。
好在楊鵬課題組已經(jīng)找到更好的解決方案。他們開發(fā)出一種新方法，通過溫和處理蛋白質(zhì)中的二硫鍵，就能制備出黏性更強(qiáng)、更易降解的"類淀粉樣聚集體"（PTL）。這種材料質(zhì)地柔軟，能快速在物體表面鋪展成膜，黏附效果比天然聚集體更好。
更厲害的是，在制備過程中，PTL表面會(huì)暴露出多種活性基團(tuán)。這些基團(tuán)就像"小抓手"一樣：既能增強(qiáng)涂層內(nèi)部的結(jié)合力，使薄膜更牢固；又能與水果表皮的蠟質(zhì)層緊密結(jié)合。這種雙重作用大大提升了涂層的穩(wěn)定性和保護(hù)效果，為延長(zhǎng)水果保鮮期提供了可靠保障。
楊鵬團(tuán)隊(duì)正在實(shí)驗(yàn)。陜西師范大學(xué)供圖為了讓PTL涂層在延緩水果代謝的同時(shí)具備殺菌能力，楊鵬團(tuán)隊(duì)選用了人體內(nèi)天然存在的一種抗菌蛋白——溶菌酶。它可以破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，從而起到抑菌作用。研究人員將半胱氨酸和溶菌酶混合，使溶菌酶變成扁平的PTL結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也保持了部分殺菌活性。而PTL表面的正電荷和疏水基團(tuán)，也進(jìn)一步增強(qiáng)了它的殺菌能力。此外，半胱氨酸本身也具有抗氧化特性，也有利于水果保鮮。
楊鵬團(tuán)隊(duì)還在PTL體系中加入了安全可食用的天然物質(zhì)海藻酸鈉和纖維素納米晶（即形成ALP保鮮涂層），進(jìn)一步增強(qiáng)了涂層的成膜能力和氣體屏障性能。
涂層可降解 無(wú)毒無(wú)害
楊鵬團(tuán)隊(duì)對(duì)17種水果進(jìn)行了測(cè)試，其中既包括草莓、枇杷、冬棗、金橘等非呼吸躍變型水果，也包括圣女果、芒果、油桃、香蕉、獼猴桃、無(wú)花果、枸杞等呼吸躍變型水果。“無(wú)論是哪一類，涂層都表現(xiàn)出了良好的保鮮效果。”楊鵬介紹。
ALP保鮮涂層可以延長(zhǎng)水果的保質(zhì)期。陜西師范大學(xué)供圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種涂層顯著延長(zhǎng)了水果的保質(zhì)期，最長(zhǎng)可延長(zhǎng)至原來(lái)的5倍。例如，在常溫條件（23°C，濕度50%）下，未處理的草莓第4天即出現(xiàn)了腐爛，涂有ALP的草莓直至第10天仍無(wú)明顯腐爛；此時(shí)，未處理的草莓已完全腐爛。
該涂層對(duì)其他水果也展現(xiàn)出顯著的保鮮效果：枇杷的保質(zhì)期從4天延長(zhǎng)至16天，冬棗從12天延長(zhǎng)至21天，金橘?gòu)?5天延長(zhǎng)至30天，圣女果從6天延長(zhǎng)至16天；即使是極易腐爛的芒果、油桃、香蕉和獼猴桃，保質(zhì)期也從短短2天延長(zhǎng)至8天，保質(zhì)期只有1天的無(wú)花果和枸杞，則分別延長(zhǎng)至3天和5天。
令人驚喜的是，即使在高溫環(huán)境下，ALP涂層依然能維持穩(wěn)定的保鮮效果。在37°C條件下，芒果和草莓的保質(zhì)期分別延長(zhǎng)了3天和4天；而在更極端的42°C下，其保質(zhì)期也分別延長(zhǎng)了2天和3天。
研究團(tuán)隊(duì)還測(cè)試了用ALP涂層對(duì)鮮切水果的保鮮效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在冷藏條件（4°C，濕度50%）下，未經(jīng)處理的果切拼盤在第4天就開始出現(xiàn)褐變和腐爛，而使用ALP涂層處理的果切拼盤直到第10天依然色澤鮮亮、質(zhì)地良好，整體保質(zhì)期延長(zhǎng)了4倍。而且，即使在42°C的極端高溫下，ALP涂層也能使鮮切蘋果的保質(zhì)期延長(zhǎng)2倍。
更重要的是，測(cè)試結(jié)果顯示，ALP保鮮涂層不僅延長(zhǎng)了水果的保質(zhì)期，還能有效保留其營(yíng)養(yǎng)、風(fēng)味和質(zhì)地，整體口感和新鮮度更持久。
涂層安全嗎？楊鵬表示，這種保鮮涂層原料簡(jiǎn)單且天然，制備過程僅需中性水溶液，無(wú)需額外添加其他任何化學(xué)成分，因此十分安全，他們也通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了ALP涂層的食用安全性。而且無(wú)論是在人體內(nèi)還是自然環(huán)境中，這種涂層都能輕易被降解，降解的產(chǎn)物也無(wú)毒無(wú)害，不會(huì)造成環(huán)境污染與人體危害，可以實(shí)現(xiàn)綠色循環(huán)利用。
除了保鮮效果顯著，這種涂層在環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性方面都具備顯著優(yōu)勢(shì)。與高成本、高能耗的冷鏈運(yùn)輸相比，ALP涂層不僅便于常溫儲(chǔ)存，還能顯著減少碳排放。以圣女果為例，傳統(tǒng)冷鏈存儲(chǔ)下，圣女果的保質(zhì)期僅為4天，每千克產(chǎn)生約0.055千克碳排放；而使用ALP涂層處理后，圣女果可在室溫下保存10天，碳排放僅為冷藏保鮮的十分之一。根據(jù)團(tuán)隊(duì)的初步計(jì)算結(jié)果，使用ALP儲(chǔ)存水果的成本非常低，小試規(guī)模下每千克水果的保鮮費(fèi)用僅為0.65元，未來(lái)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模可進(jìn)一步大幅降低保鮮經(jīng)濟(jì)成本。
如今，楊鵬團(tuán)隊(duì)也計(jì)劃將這款可食用的水果保鮮涂層推向市場(chǎng)。楊鵬表示，他們正在持續(xù)優(yōu)化ALP涂層溶液的穩(wěn)定性和保質(zhì)期，力求讓果農(nóng)和食品供應(yīng)商能更方便地使用這一低成本、綠色環(huán)保的新型保鮮手段。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60382-4
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