DOI: https://doi.org/10.3389/fsufs.2025.1733428
تاريخ النشر: 2026-01-08
المؤلف: Limin Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: أفلام النانو المركبة لتغليف الطعام
نظرة عامة
تستعرض هذه المراجعة دور بروتينات النباتات في تطوير أفلام وطلاءات التعبئة الغذائية المستدامة، مع التركيز على مصادر البروتين المبتكرة، والإضافات المناسبة، والاستدامة، وتقنيات التصنيع المتقدمة. تبرز المراجعة دمج البوليمرات الحيوية—مثل المواد البلاستيكية، والسكريات المتعددة، والدهون—في الأفلام المعتمدة على البروتين، مما يعزز خصائصها الحاجزة والميكانيكية، وبالتالي تحسين حفظ الطعام وإطالة عمره الافتراضي. تناقش المراجعة أيضًا تطبيق تقنيات مبتكرة مثل النسيج الكهربائي، وصب المحلول، والبثق الجاف في تصنيع هذه المواد.
على الرغم من الإمكانات الواعدة للأفلام المعتمدة على بروتينات النباتات، لا تزال العديد من التقدمات محصورة في البيئات المختبرية ولم يتم اعتمادها على نطاق واسع داخل صناعة المواد الغذائية. تشمل التطبيقات التجارية الحالية الطلاءات القابلة للأكل للمنتجات الطازجة، والأغلفة القابلة للتحلل لللحوم، والأكياس القابلة للذوبان في الماء للمكونات الجافة. تشمل الأمثلة البارزة أفلام التعبئة الذكية المصنوعة من عزل بروتين البازلاء لمراقبة نضارة لحم الخنزير والأفلام المركبة التي تستخدم عزل بروتين الصويا للحفاظ على الطماطم الكرزية والموز. تضع هذه المراجعة الأساس للبحوث المستقبلية حول تطبيق بروتينات النباتات المبتكرة في حفظ الطعام.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الدور الحاسم لأفلام وطلاءات التعبئة الغذائية في الحفاظ على الطعام مع تسليط الضوء على المخاوف البيئية المرتبطة بتعبئة البلاستيك الاصطناعية التقليدية المشتقة من الوقود الأحفوري. لا تستغرق هذه البلاستيكات وقتًا طويلاً في التحلل فحسب، بل تشكل أيضًا مخاطر من خلال إطلاق مواد سامة خلال دورة حياتها، مما يثير قضايا كبيرة تتعلق بالاستدامة البيئية وسلامة الغذاء. للتخفيف من هذه التحديات، انتقلت الدراسات الحديثة إلى التركيز على البدائل القابلة للتحلل، وخاصة بروتينات النباتات، التي تظهر خصائص ملائمة لتعبئة الأفلام، بما في ذلك إمكانية المعالجة، والتوافق الحيوي، وقابلية التحلل.
لقد ظهرت بروتينات النباتات مثل زين، وبروتين عزل فول الصويا (SPI)، وبروتين الغلوتين من القمح (WGP) كمواد واعدة لتطوير الأفلام القابلة للأكل بسبب قدراتها القوية على تشكيل الأفلام وخصائصها المفيدة مثل التكوين، والخصائص المائية السطحية، والثبات الحراري. لا تعزز هذه البروتينات فقط الخصائص الميكانيكية والحاجزة للأفلام ضد الغازات، والرطوبة، وأشعة UV، بل تساهم أيضًا في السلامة البيولوجية لتعبئة الطعام. يبرز استكشاف مصادر البروتين النباتي المختلفة لإمكاناتها في تطبيقات التعبئة الاهتمام المتزايد بحلول التعبئة الغذائية المستدامة.
نقاش
في نقاش أفلام وطلاءات البروتينات النباتية، تبرز الأبحاث إمكانيات بروتينات متنوعة، بما في ذلك زين، وبروتين عزل فول الصويا (SPI)، وبروتين الغلوتين من القمح (WGP)، وبروتين عزل البازلاء (PPI)، كمواد فعالة لتعبئة الطعام بسبب قدراتها على تشكيل الأفلام وخصائصها الحاجزة. لقد أظهر زين، الذي يتميز بملفه الفريد من الأحماض الأمينية وروابط ثنائي الكبريتيد، أنه يعزز حفظ الطعام، على الرغم من أن خصائصه الميكانيكية، مثل الهشاشة، تحد من تطبيقه. لقد حسنت التقدمات الحديثة، مثل دمج البوليمرات الحيوية والجزيئات النانوية، من القوة الميكانيكية ووظائف الأفلام المعتمدة على زين. على سبيل المثال، أدت إضافة بولي إيثيلين جلايكول وحمض الأوليك إلى تحسين كبير في استطالة وعمر المنتجات الغذائية، بينما حسنت المذيبات العميقة الشكل والمورفولوجيا والنشاط المضاد للبكتيريا لأفلام زين.
وبالمثل، تظهر أفلام SPI خصائص حاجزية ممتازة ضد الأكسجين وثاني أكسيد الكربون ولكن تواجه تحديات مثل انخفاض القوة الميكانيكية ومقاومة الرطوبة. لقد أظهرت التعديلات باستخدام الجزيئات النانوية، مثل ZnO، وعدًا في تعزيز الخصائص الميكانيكية والمضادة للفطريات لأفلام SPI. يتمتع WGP، بفضل تماسكه العالي ومرونته، أيضًا بقدرات قوية على تشكيل الأفلام ولكنه يتطلب تعديلات ربط متقاطعة لتحسين مقاومته لبخار الماء. لقد ظهر PPI كخيار مستدام مع خصائص حاجزية جيدة ضد UV، وقد أظهرت الدراسات الحديثة أن دمج الزيوت الأساسية يمكن أن يعزز أدائه الميكانيكي وفعاليته المضادة للبكتيريا. بشكل عام، بينما تظهر أفلام البروتينات النباتية وعدًا كبيرًا لتطبيقات تعبئة الطعام، هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحسين خصائصها وتقييم فعاليتها في التطبيقات الصناعية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fsufs.2025.1733428
Publication Date: 2026-01-08
Author(s): Limin Wang et al.
Primary Topic: Nanocomposite Films for Food Packaging
Overview
This review examines the role of plant proteins in the development of sustainable food packaging films and coatings, focusing on innovative protein sources, suitable additives, sustainability, and advanced fabrication technologies. It highlights the integration of biopolymers—such as plasticizers, polysaccharides, and lipids—into protein-based films, which enhances their barrier and mechanical properties, thereby improving food preservation and extending shelf life. The review also discusses the application of innovative technologies like electrospinning, solution casting, and dry extrusion in the fabrication of these materials.
Despite the promising potential of plant protein-based films, many advancements remain confined to laboratory settings and have yet to be adopted on a large scale within the food industry. Current commercial applications include edible coatings for fresh produce, biodegradable casings for meats, and water-soluble sachets for dry ingredients. Notable examples include intelligent packaging films made from pea protein isolate for monitoring pork freshness and composite films utilizing soy protein isolate for preserving cherry tomatoes and bananas. This review lays the groundwork for future research into the application of innovative plant proteins in food preservation.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the critical role of food packaging films and coatings in preserving food while highlighting the environmental concerns associated with traditional synthetic plastic packaging derived from fossil fuels. These plastics not only take a long time to degrade but also pose risks by releasing toxic substances during their lifecycle, raising significant issues regarding environmental sustainability and food safety. To mitigate these challenges, recent studies have shifted focus towards biodegradable alternatives, particularly plant proteins, which exhibit favorable properties for film packaging, including processability, biocompatibility, and biodegradability.
Plant proteins such as zein, soybean isolate protein (SPI), and wheat gluten protein (WGP) have emerged as promising materials for developing edible films due to their strong film-forming capabilities and beneficial characteristics like conformation, surface hydrophobicity, and thermal stability. These proteins not only enhance the mechanical and barrier properties of the films against gases, moisture, and UV light but also contribute to the biological safety of food packaging. The exploration of various plant-based protein sources for their potential in packaging applications underscores the growing interest in sustainable food packaging solutions.
Discussion
In the discussion of plant-based protein films and coatings, the research highlights the potential of various proteins, including zein, soy protein isolate (SPI), wheat gluten protein (WGP), and pea protein isolate (PPI), as effective materials for food packaging due to their film-forming abilities and barrier properties. Zein, characterized by its unique amino acid profile and disulfide bonds, has been shown to enhance food preservation, although its mechanical properties, such as brittleness, limit its application. Recent advancements, such as the incorporation of biopolymers and nanoparticles, have improved the mechanical strength and functionality of zein-based films. For instance, the addition of polyethylene glycol and oleic acid has significantly enhanced the elongation and shelf life of food products, while deep eutectic solvents have improved the morphology and antibacterial activity of zein films.
Similarly, SPI films demonstrate excellent barrier properties against oxygen and carbon dioxide but face challenges like low mechanical strength and moisture resistance. Modifications using nanoparticles, such as ZnO, have shown promise in enhancing SPI films’ mechanical and antifungal properties. WGP, with its high cohesiveness and elasticity, also exhibits strong film-forming capabilities but requires cross-linking modifications to improve its water vapor resistance. PPI has emerged as a sustainable option with good UV barrier properties, and recent studies have demonstrated that incorporating essential oils can enhance its mechanical performance and antibacterial efficacy. Overall, while plant-based protein films show significant promise for food packaging applications, further research is needed to optimize their properties and evaluate their effectiveness in industrial applications.