深圳大鹏湾实验室梁翔禹团队《Exploration》联合提出可持续仿生食品保鲜新策略

全球食品浪费与塑料污染问题日益严峻，开发兼具高效保鲜与环境友好的食品包装材料已成为重要研究方向。传统塑料虽性能优良但不可降解，现有可降解材料在透气性、抗菌性及实际应用方面仍有不足。

2026年8月，受天然灯笼果（Physalis peruviana）萼片结构启发，深圳大鹏湾实验室梁翔禹团队联合重庆大学附属人民医院罗阳团队在Exploration发表了题为“A high-efficiency yet sustainable fresh-keeping strategy inspired by calyx of Physalis peruviana”的研究成果。该研究成果分析了其在天然果实保鲜中的结构功能特征，并据此提出一种仿生喷涂式保鲜策略。利用手持式电喷技术，将聚己内酯、壳聚糖与沸石构建为可直接沉积于水果表面的多尺度纤维网络，实现“即喷即用”的原位包覆。该仿生保鲜层兼具透气调控、抗菌抗病毒、柔性贴合等优势，为采后处理、运输及消费环节的即时保鲜提供了新路径。（如图1）

图1. 受灯笼果萼片结构启发的原位即时保鲜策略。

材料组分优化及多尺度结构特性

在材料制备与结构优化方面（图2a），研究系统分析了前驱液组成、电喷参数与纤维成形质量的关系（图2b-k）。结果表明，适量沸石有助于提升喷射稳定性，形成连续均匀的纤维流，并构筑出层层堆叠、孔隙丰富的网络结构。沸石均匀分散在纤维内部（图2l-o），并与聚合物协同增强结构稳定性，使PCZ包覆层在微观尺度上呈现均一有序的多级特征，为透气保鲜和力学适配提供了结构基础。

图2. PCZ保鲜膜的优化及多尺度结构特性。

力学性能和可生物降解性

PCZ包覆层展现出面向实际包装应用的多重优势。该材料延展性、韧性和抗穿刺能力良好（图3a-d），能适应水果表面的不规则曲率，在搬运和运输中承受机械扰动而不易失效。同时，其仿生多尺度孔道结构结合沸石组分，赋予材料优异的透气性、水汽传输能力和乙烯吸附性能，在保证果实正常呼吸的同时调控微环境，延缓成熟衰老（图3e-i）。此外，该材料在自然土壤中6个月内可完全降解，而传统PE保鲜膜几乎无变化（图3j-k）。结果表明，PCZ仿生保鲜层兼具力学性能、保鲜功能与降解安全性，为替代传统一次性塑料包装提供了新方案。

图3. PCZ保鲜膜的性能和可生物降解性。

生物学评价

PCZ包覆层展现出显著的抗菌与抗病毒活性。该材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有明显抑制作用，而纯PCL几乎无抑菌效果，表明壳聚糖组分在生物防护中发挥关键作用（图4a-d）。抗病毒测试显示，PCZ可显著降低烟草花叶病毒活性及积累水平（图4e-g）。植物萌发生长及安全性测试进一步证实，该材料在使用过程中无明显毒性（图4h-m），具备良好的生物安全性基础。

图4. PCZ膜的生物学评价。

保鲜效果评估

在研究选取樱桃、番茄、香蕉和芒果等不同呼吸类型的水果进行测试（图5a）。与未包覆相比，PCZ包覆后果实失重率更低、颜色更稳定、硬度保持更好（图5b-g），能有效减缓水分散失、组织软化和外观劣变。过氧化物酶活性和还原糖含量分析表明，PCZ可平缓采后代谢变化，减轻品质下降（图5h-i）。整体而言（图5j），该仿生保鲜层可延长水果货架期超7天，并较好维持商品性和食用品质，具备较强应用转化潜力。

图5. PCZ保鲜膜的保鲜效果评估。

代谢组学分析及环境影响模拟评估

为揭示保鲜机制，研究对樱桃贮藏后的代谢变化进行了系统分析（图6a-h）。结果表明，PCZ处理可显著影响能量代谢、抗氧化调控及品质维持相关通路，表明该材料不仅通过物理包覆发挥作用，还能调节果实微环境，从分子层面延缓衰败。这一结果与表型及理化指标变化相互印证，证实PCZ保鲜膜实现了从外部包覆到内部代谢调控的多层次保鲜效果。生命周期评估显示，相比传统塑料包装，PCZ保鲜膜碳排放降低约84.97%（图6i-j），兼具长效保鲜与环境友好双重优势。

图6. PCZ包装的樱桃保鲜后代谢组学分析及环境影响模拟评估。

综上，本研究借鉴灯笼果萼片兼具物理屏障与气体调控的天然结构，通过手持式电喷技术将聚己内酯、壳聚糖与沸石协同构筑，开发出一种透气调湿、抗菌抗病毒且完全可降解的仿生食品保鲜膜，实现水果表面原位包覆与即时保鲜。该膜通过多尺度纤维网络调节气体交换与水分传输，依靠沸石吸附乙烯延缓成熟，结合壳聚糖抑制微生物污染，从而维持果实色泽与硬度，显著延长货架期。该工作为功能性仿生材料设计提供了新思路，在果蔬保鲜、冷链运输及终端消费中展现出便捷、高效、环保的优势，并有望拓展至生物医用包覆、可降解防护及功能界面工程等领域。

重庆大学附属人民医院赵月博士、深圳大鹏湾实验室陆成邦（现为新加坡国立大学博士研究生）和香港中文大学柏效鹏博士（现为中山大学深圳校区助理教授）分别为共同第一作者。深圳大鹏湾实验室梁翔禹研究员、重庆大学附属人民医院罗阳教授和张洪研究员为共同通讯作者。感谢孙桃林教授、王鑫杰研究员、段盛文研究员、贺迎宁教授等对本研究工作的支持。本研究工作得到了国自然、湖南/广东/重庆自然科学基金、深圳市科技计划等项目的资助。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/EXP.20250786

梁翔禹团队长期招聘博士后、客座学生/学者、科研助理。研究方向：高性能生物材料仿生设计与创制。背景要求：1. 从事软物质力学、生物基材料、高分子科学和合成生物学等研究领域的给予优先考虑；2. 以第一作者发表高水平论文至少一篇；3. 具有良好的自我驱动能力和沟通能力；对科研有浓厚的兴趣，具备团队协作精神和责任感。

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