摘要
开发可持续且高性能的食品包装材料对于解决全球食品浪费和环境污染问题至关重要。本研究提出了一种创新方法，利用乌鳢鱼皮蛋白（FSP）作为天然载体，通过氢键、π-烷基/π-阴离子相互作用和静电相互作用等非共价键促进迷迭香酸（RA）和姜黄素（CUR）自组装成稳定的纳米球（FSP/CUR/RA）。与二元体系相比，自组装的?FSP/CUR/RA?三元纳米球在胶体稳定性和功能性方面表现出显着优势：优化后的?RA6?纳米球具有最小的粒径（508 ± 19.30 nm)、最高的?ζ?电位（13.04 mV）和出色的抗氧化活性（ABTS?清除率为?87.91%），有效克服了姜黄素和迷迭香酸溶解性差和不稳定的局限性。将纳米球掺入活性薄膜后，其整体性能显着提高。具体而言：阻隔性能得到改善，水蒸气透过率显着下降。由于?RA?有效抑制了?CUR?的聚集，机械性能得以优化，实现了拉伸强度（TS）和断裂伸长率（EAB）的良好平衡。该薄膜表现出卓越的抗氧化能力，自由基清除率为?86.39%，显着高于对照组。其多功能特性明显，包括紫外线屏蔽能力、CUR/RA?的可控释放以及完全的生物相容性（细胞存活率为?100%）。在实际应用中，FSP/CUR/RA?薄膜显着延长了鲜虾的保质期，减少了重量损失（3%?对比对照组的?4.44%），保持了较低的?TVB-N?水平（3?天后为?11.84 mg/100g），并抑制了脂质氧化（TBARS < 1 mg MDA/100 g）。本研究不仅为鱼加工副产品的增值利用提供了可持续策略，还推动了具有增强保鲜能力的多功能食品包装材料的设计。
研究背景
近年来，可降解且可食用的活性薄膜因其在环境保护和食品保鲜方面的显着优势而受到专家学者的广泛关注。作为一类绿色包装材料，基于蛋白质的可食用薄膜已被广泛研究。来源于天然聚合物（如胶原蛋白、大豆蛋白和乳清蛋白）的蛋白质已被证实为优良的成膜基材。在乌鳢（Channa argus）鱼片加工过程中，鱼皮通常作为废弃物被丢弃，但其富含蛋白质的特性已引起学术界的高度重视。对鱼皮进行综合高值化利用，不仅有助于降低环境污染，也契合可持续发展的战略方向。特别是从食品加工副产品（如乌鳢鱼皮蛋白）中提取的蛋白质，不仅有助于降低材料生产成本，还提升了资源利用效率，符合循环经济的发展理念。此外，蛋白质基活性薄膜具备优异的阻隔性能、良好的机械强度以及一定的营养价值，能够有效维持食品品质，并为消费者带来健康附加价值。然而，传统蛋白质基薄膜在抗氧化性能方面的不足，限制了其在食品保鲜领域的广泛应用。
姜黄素（CUR）是一种疏水性酚类化合物，因其具有抗氧化、抗菌和抗癌等多种生物活性而受到广泛关注。然而，其水溶性差、化学稳定性低以及生物利用度有限，严重限制了其在食品工业中的实际应用。为克服上述限制，将姜黄素与蛋白质结合已成为一种有效的策略，可显着提升其溶解性、稳定性和生物利用效率。目前，动物源性和植物源性蛋白质均已被用于构建姜黄素-蛋白质复合物。此外，鱼皮蛋白（FSP），尤其是明胶，也被研究作为姜黄素的潜在载体。研究表明，不同类型的明胶对姜黄素具有不同的结合能力，主要通过氢键、π-烷基相互作用及π-阴离子相互作用形成稳定的复合结构。例如，通过柠檬酸介导的水解处理可改善鲤鱼鳞片明胶的结构柔性，从而增强其与姜黄素之间的疏水相互作用，显着提高负载效率。上述研究结果表明，FSP?能够与姜黄素形成复合物，从而有效改善其功能特性，为姜黄素在食品体系中的应用提供了新的解决方案。
迷迭香酸（RA）是一种天然多酚类化合物，广泛存在于30余种植物中，因其具有优异的抗氧化性能而受到广泛关注。RA?的抗氧化作用主要源于其分子结构中含有的两个儿茶酚基团。这些基团不仅能够直接清除自由基，还可通过间接激活其他抗氧化成分，从而显着提升整体抗氧化能力。因此，RA?在食品包装、药物研发及功能性材料制备等多个领域展现出广阔的应用前景。此外，RA?可通过氢键、范德华力以及静电相互作用等非共价键与蛋白质结合，进一步拓展其在蛋白质复合体系中的作用机制和应用范围。
本研究以鱼皮蛋白（FSP）作为中间“桥梁”，通过氢键和?π-π?堆积等非共价相互作用，促进迷迭香酸（RA）与姜黄素（CUR）的自组装，形成结构稳定的纳米球，并进一步将其用于制备具有优异抗氧化性能的活性蛋白质基薄膜。通过对纳米球结构与功能特性的系统表征，实现了对薄膜机械性能、阻隔性能及抗氧化活性的优化。同时，本研究还评估了该类薄膜在海鲜保鲜中的应用潜力。结合荧光光谱、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等多尺度表征技术，并辅以体外释放实验与细胞毒性评估，全面揭示了复合薄膜的功能机制及其性能优势。本研究的创新点在于提出了一种由?FSP?介导的?RA/CUR?三元自组装策略，有效克服了传统蛋白质基薄膜抗氧化能力不足的局限性。该方法不仅显着提升了蛋白质基薄膜的功能性，也为可持续、多功能食品包装材料的研发提供了新的思路，展现出良好的环境效益与经济价值。
开发可持续且高性能的食品包装材料对于解决全球食品浪费和环境污染问题至关重要。本研究提出了一种创新方法，利用乌鳢鱼皮蛋白（FSP）作为天然载体，通过氢键、π-烷基/π-阴离子相互作用和静电相互作用等非共价键促进迷迭香酸（RA）和姜黄素（CUR）自组装成稳定的纳米球（FSP/CUR/RA）。与二元体系相比，自组装的?FSP/CUR/RA?三元纳米球在胶体稳定性和功能性方面表现出显着优势：优化后的?RA6?纳米球具有最小的粒径（508 ± 19.30 nm)、最高的?ζ?电位（13.04 mV）和出色的抗氧化活性（ABTS?清除率为?87.91%），有效克服了姜黄素和迷迭香酸溶解性差和不稳定的局限性。将纳米球掺入活性薄膜后，其整体性能显着提高。具体而言：阻隔性能得到改善，水蒸气透过率显着下降。由于?RA?有效抑制了?CUR?的聚集，机械性能得以优化，实现了拉伸强度（TS）和断裂伸长率（EAB）的良好平衡。该薄膜表现出卓越的抗氧化能力，自由基清除率为?86.39%，显着高于对照组。其多功能特性明显，包括紫外线屏蔽能力、CUR/RA?的可控释放以及完全的生物相容性（细胞存活率为?100%）。在实际应用中，FSP/CUR/RA?薄膜显着延长了鲜虾的保质期，减少了重量损失（3%?对比对照组的?4.44%），保持了较低的?TVB-N?水平（3?天后为?11.84 mg/100g），并抑制了脂质氧化（TBARS < 1 mg MDA/100 g）。本研究不仅为鱼加工副产品的增值利用提供了可持续策略，还推动了具有增强保鲜能力的多功能食品包装材料的设计。
研究背景
近年来，可降解且可食用的活性薄膜因其在环境保护和食品保鲜方面的显着优势而受到专家学者的广泛关注。作为一类绿色包装材料，基于蛋白质的可食用薄膜已被广泛研究。来源于天然聚合物（如胶原蛋白、大豆蛋白和乳清蛋白）的蛋白质已被证实为优良的成膜基材。在乌鳢（Channa argus）鱼片加工过程中，鱼皮通常作为废弃物被丢弃，但其富含蛋白质的特性已引起学术界的高度重视。对鱼皮进行综合高值化利用，不仅有助于降低环境污染，也契合可持续发展的战略方向。特别是从食品加工副产品（如乌鳢鱼皮蛋白）中提取的蛋白质，不仅有助于降低材料生产成本，还提升了资源利用效率，符合循环经济的发展理念。此外，蛋白质基活性薄膜具备优异的阻隔性能、良好的机械强度以及一定的营养价值，能够有效维持食品品质，并为消费者带来健康附加价值。然而，传统蛋白质基薄膜在抗氧化性能方面的不足，限制了其在食品保鲜领域的广泛应用。
姜黄素（CUR）是一种疏水性酚类化合物，因其具有抗氧化、抗菌和抗癌等多种生物活性而受到广泛关注。然而，其水溶性差、化学稳定性低以及生物利用度有限，严重限制了其在食品工业中的实际应用。为克服上述限制，将姜黄素与蛋白质结合已成为一种有效的策略，可显着提升其溶解性、稳定性和生物利用效率。目前，动物源性和植物源性蛋白质均已被用于构建姜黄素-蛋白质复合物。此外，鱼皮蛋白（FSP），尤其是明胶，也被研究作为姜黄素的潜在载体。研究表明，不同类型的明胶对姜黄素具有不同的结合能力，主要通过氢键、π-烷基相互作用及π-阴离子相互作用形成稳定的复合结构。例如，通过柠檬酸介导的水解处理可改善鲤鱼鳞片明胶的结构柔性，从而增强其与姜黄素之间的疏水相互作用，显着提高负载效率。上述研究结果表明，FSP?能够与姜黄素形成复合物，从而有效改善其功能特性，为姜黄素在食品体系中的应用提供了新的解决方案。
迷迭香酸（RA）是一种天然多酚类化合物，广泛存在于30余种植物中，因其具有优异的抗氧化性能而受到广泛关注。RA?的抗氧化作用主要源于其分子结构中含有的两个儿茶酚基团。这些基团不仅能够直接清除自由基，还可通过间接激活其他抗氧化成分，从而显着提升整体抗氧化能力。因此，RA?在食品包装、药物研发及功能性材料制备等多个领域展现出广阔的应用前景。此外，RA?可通过氢键、范德华力以及静电相互作用等非共价键与蛋白质结合，进一步拓展其在蛋白质复合体系中的作用机制和应用范围。
本研究以鱼皮蛋白（FSP）作为中间“桥梁”，通过氢键和?π-π?堆积等非共价相互作用，促进迷迭香酸（RA）与姜黄素（CUR）的自组装，形成结构稳定的纳米球，并进一步将其用于制备具有优异抗氧化性能的活性蛋白质基薄膜。通过对纳米球结构与功能特性的系统表征，实现了对薄膜机械性能、阻隔性能及抗氧化活性的优化。同时，本研究还评估了该类薄膜在海鲜保鲜中的应用潜力。结合荧光光谱、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等多尺度表征技术，并辅以体外释放实验与细胞毒性评估，全面揭示了复合薄膜的功能机制及其性能优势。本研究的创新点在于提出了一种由?FSP?介导的?RA/CUR?三元自组装策略，有效克服了传统蛋白质基薄膜抗氧化能力不足的局限性。该方法不仅显着提升了蛋白质基薄膜的功能性，也为可持续、多功能食品包装材料的研发提供了新的思路，展现出良好的环境效益与经济价值。
结论与展望
本研究成功利用源自乌鳢（Channa argus）的鱼皮蛋白（FSP）作为中间桥梁，通过非共价相互作用介导?RA?与?CUR?的自组装，构建出结构稳定的三元纳米球体系（FSP/CUR/RA）。随后，将该纳米球体系整合入活性复合薄膜中，以提升其功能性能。所制备的纳米球（如?RA6）表现出优异的胶体稳定性（粒径为?508 ± 19.30 nm，ζ?电位为?13.04 mV）以及显着的抗氧化活性（ABTS?自由基清除率达?87.91%）。复合薄膜的综合性能得到显着提升：水蒸气透过率降低?27.6%，机械性能（包括拉伸强度与断裂伸长率）实现良好平衡，抗氧化能力（自由基清除率为?86.39%）明显优于对照组，同时具备紫外线屏蔽、可控释放特性及完全的生物相容性（细胞存活率为?100%）。在鲜虾保鲜应用中，FSP/CUR/RA?薄膜有效抑制了重量损失（3% vs.?对照组?4.44%），维持了较低的?TVB-N?值（3?天后为?11.84 mg/100 g），并显着延缓脂质氧化（TBARS < 1 mg MDA/100 g），从而有效延长了鲜虾的保质期。本研究不仅为鱼加工副产物的高值化利用提供了可持续路径，也为多功能食品包装材料的设计与开发开辟了新方向。然而，本研究主要评估了复合薄膜在冷藏条件下对鲜虾的保鲜效果，尚未拓展至其他食品体系（如肉类、果蔬）或极端环境（如高温高湿条件）下的应用验证。此外，目前纳米球与复合薄膜的制备仍处于实验室阶段，其在工业化生产中的成本效益、工艺稳定性及长期储存性能仍需进一步研究。未来研究可探索将该类复合薄膜应用于更多食品保鲜场景，并通过引入智能响应材料（如?pH?敏感型或热敏型材料）构建具有动态释放控制功能的智能包装系统。同时，应重点优化其大规模生产工艺，并系统评估材料的环境降解行为与生态影响，以推动其商业化应用并增强可持续发展潜力。
本研究成功利用源自乌鳢（Channa argus）的鱼皮蛋白（FSP）作为中间桥梁，通过非共价相互作用介导?RA?与?CUR?的自组装，构建出结构稳定的三元纳米球体系（FSP/CUR/RA）。随后，将该纳米球体系整合入活性复合薄膜中，以提升其功能性能。所制备的纳米球（如?RA6）表现出优异的胶体稳定性（粒径为?508 ± 19.30 nm，ζ?电位为?13.04 mV）以及显着的抗氧化活性（ABTS?自由基清除率达?87.91%）。复合薄膜的综合性能得到显着提升：水蒸气透过率降低?27.6%，机械性能（包括拉伸强度与断裂伸长率）实现良好平衡，抗氧化能力（自由基清除率为?86.39%）明显优于对照组，同时具备紫外线屏蔽、可控释放特性及完全的生物相容性（细胞存活率为?100%）。在鲜虾保鲜应用中，FSP/CUR/RA?薄膜有效抑制了重量损失（3% vs.?对照组?4.44%），维持了较低的?TVB-N?值（3?天后为?11.84 mg/100 g），并显着延缓脂质氧化（TBARS < 1 mg MDA/100 g），从而有效延长了鲜虾的保质期。本研究不仅为鱼加工副产物的高值化利用提供了可持续路径，也为多功能食品包装材料的设计与开发开辟了新方向。然而，本研究主要评估了复合薄膜在冷藏条件下对鲜虾的保鲜效果，尚未拓展至其他食品体系（如肉类、果蔬）或极端环境（如高温高湿条件）下的应用验证。此外，目前纳米球与复合薄膜的制备仍处于实验室阶段，其在工业化生产中的成本效益、工艺稳定性及长期储存性能仍需进一步研究。未来研究可探索将该类复合薄膜应用于更多食品保鲜场景，并通过引入智能响应材料（如?pH?敏感型或热敏型材料）构建具有动态释放控制功能的智能包装系统。同时，应重点优化其大规模生产工艺，并系统评估材料的环境降解行为与生态影响，以推动其商业化应用并增强可持续发展潜力。
