中国农科院加工所王强团队：基于多尺度结构研究理论阐述天然食品软物质基复合膜成膜机制

近日，中国农业科学院农产品加工研究所王强研究员团队在食品领域国际顶级期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（JCR一区，IF: 8.2）在线发表了题为“Advances of blend films based on natural food soft matter: Multi-scale structural analysis”的综述文章。基于多尺度结构研究理论，全面阐述了天然食品软物质基复合膜成膜机理及其结构与功能调控机制。这是该团队继2022年带领“十三五”国家重点研发计划项目组提出并构建食品多尺度结构研究理论体系后的又一拓展。中国农业科学院农产品加工研究所2022级博士研究生向飞为论文第一作者，王强研究员和石爱民研究员为共同通讯作者。

 诺贝尔物理学奖得主Pierre-Gilles de Gennes首次提出了“软物质”的概念：“它是一种独立的、具有柔性的聚合物链，存在复杂性和灵活性的特点”，也具有特殊的力学和构象耦合。食品软物质是一类有独特的结构形成能力和重要功能特性的软物质，蛋白质、多糖、脂类等天然食品软物质可以形成互穿网络、双网络结构、滑环聚合物凝胶、拓扑或离子交联共聚物、纳米复合聚合物凝胶、自组装聚合物凝胶等组装结构，存在极大的多样性和复杂性，可用于开发生物可降解膜，在保护全球环境和提高包装加工业的可持续性方面具有发展前景。“多尺度（Multiscale）”通常指空间或时间的跨度，“多尺度科学（Multiscale science）”是一门研究不同长度尺度或时间尺度相互耦合现象的跨学科科学，是复杂系统的重要分支之一，具有丰富的科学内涵和重要的研究价值。食品多尺度结构变化及其质量功能调控研究呈现出新的方向和趋势。

本文从多尺度结构研究理论视角分析食品软物质基复合膜的成膜机制，将食品软物质基复合膜的形成过程分为3个阶段（制备阶段，固化阶段和成形阶段），12个关键分析点，初步将其分为11种膜类型。通过分析制膜的全过程，明晰关键分析点，调控其结构与功能特性，能加快食品软物质基复合膜的成膜机制研究及其产业化应用。最后，本文对未来食品软物质基复合膜的原料开发、原料与成品膜间的构效关系、功能性膜材料的开发、复合膜的安全性评价、行业标准的制定等方面进行展望，可为低碳环保包装产业尤其是天然可降解膜领域深入推进提供理论支持和数据参考。

图1 食品软物质基复合膜制备过程关键分析指标

图2 食品软物质基复合膜分类

项目资助：

本研究得到了“十四五”国家重点研发计划（2021YFD2100400），中国农业科学院青年创新计划(Y2022QC11)，新疆维吾尔自治区重点研发计划（2022B02048）等项目的资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141813023056696

通讯作者简介：

王  强

二级研究员/博士生导师

王强，二级研究员，博士生导师，国际食品科学院院士，中国工程院院士增选有效候选人，入围全球前2%顶尖科学家“终身科学影响力榜单”与2021、2022“年度科学影响力榜单”。现任中国农业科学院植物蛋白结构与功能调控创新团队首席专家，国家花生产业技术体系加工研究室主任、九三学社中央农林委委员，新疆自治区油料产业技术体系首席科学家。全国优秀科技工作者，全国首批农业科研杰出人才，全国科技助力精准扶贫先进个人，入选国家“百千万人才工程”并获“有突出贡献中青年专家”荣誉称号，享受国务院特殊津贴，农业农村部神农英才“领军人才”，中国农业科学院领军人才，中国粮油学会花生食品分会会长，中国食品科学技术学会植物基食品分会副理事长，Journal of Integrative Agriculture食品栏目执行主编、NPJ Science of Food编委、Foods客座主编。

长期从事粮油加工与营养健康领域科学研究，首次构建了花生加工适宜性评价技术，筛选出加工专用品种，解决了我国花生混收混用、产品品质差的瓶颈问题；颠覆了传统压榨技术与方法，建立了国内第一条花生低温制油与蛋白联产生产线，开发出高品质系列新产品，推动了花生加工业的高质量发展；在国际上首次提出高水分挤压过程中蛋白纤维结构形成的“分层叠变”新理论，创建了基于高水分挤压的植物基肉制品颠覆性加工技术，革新设计了智能化加工装备和可视化平台，引领了产业发展方向。主持“十三五”国家重点研发计划专项（基础研究类）、国家自然科学基金、863、公益性农业行业科研专项等国家项目40余项。以第一完成人获得2014年国家技术发明二等奖、2013和2019中华农业科技奖一等奖、2015年中华农业科技奖“优秀创新团队类”、2012年ICC最高学术奖、2014年中国专利优秀奖、2017年中国商业联合会科学技术奖特等奖、2019年中国农业农村十大新装备，主笔撰写的《关于大力发展新疆花生产业夯实新疆长治久安基础的建议》、《关于“大力推动我国花生产业高质量发展”的建议》分别得到中共中央领导和国务院领导的批示。授权发明专利100余项（其中国际专利12项），软件著作权12项，制修订国家和行业标准10项，出版著作13部（英文专著3部），发表学术论文340余篇，其中SCI论文130篇、IF>10 35篇，IF>15 2篇，ESI全球前1%高被引论文6篇，F5000高被引论文1篇，h-index 41，总被引约6000次，培养硕博研究生、博士后及外国留学生120多人。

石爱民

研究员/硕士生导师

石爱民，博士，研究员，硕士生导师。“十四五”国家重点研发计划项目-中欧研究创新旗舰合作计划项目首席科学家，国家粮食和物资储备局“全国粮食行业青年拔尖人才”，入选中国科协“青年人才托举工程”，中国农科院“青年创新”专项人才、加工所“珠峰计划”A类人才。现任农业农村部粮油加工综合利用技术集成实验室副主任、植物蛋白结构与功能调控创新团队首席科学家，兼任中国粮油学 会理事、中国粮油学会粮油营养分会理事、中国农学会食物与营养专业委员会委员，国际学术期刊《Frontiers in Nutrition》副主编、《Journal of Integrative Agricultural》《中国农业科学》青年编委、《Foods》编委。

长期从事花生、核桃等植物蛋白结构与功能调控基础研究及产品开发。先后主持“十四五”国家重点研发计划项目（千万级）、国家自然科学基金面上项目、科技部高端外国专家项目、新疆自治区重点研发项目课题（千万级）等项目课题近20项；参与科技部对发展中国家援助项目、中国农科院创新工程等项目多项；主持和主要负责横向项目5项。研究成果曾被选为“十三五”国家科技创新成就展参展成果，获2018年中国粮油学会第一届青年科技奖1项（第1）、2019年神农中华农业科技一等奖1项（第3）、2017年全国商业联合会科学技术特等奖1项（第2）等。发表学术论文120余篇，其中第一作者和通讯作者在Angew. Chem. Int. Edit.（IF:16.6）、Redox Biol.（IF:11.4）、Food Hydrocolloid.（IF:10.7）、Crit. Rev. Food SCI.（IF:10.2）、ACS Appl. Mater. Interfaces（IF:9.5）等期刊发表SCI/EI论文40余篇，IF>10论文18篇、ESI全球前1%高被引论文3篇、封面论文2篇，总引用超过2800余次，h指数27（Google Scholar）；副主编著作2部，参编英文著作3部；授权国际发明专利8项、国家发明专利36项；制订并颁布农业行业标准2项。

第一作者介绍：

向飞，中国农业科学院农产品加工研究所2022级博士研究生，曾就职于安琪酵母研究院。主要研究方向为粮油加工品质评价与过程控制，主持Arawana Charity Foundation（益海嘉里金龙鱼慈善公益基金）1项（40万），参与国家重点研发计划、山东省重点研发计划等项目课题3项，获“2022预制菜品质提升创新大赛”三等奖1项。近五年，发表学术论文10余篇，以第一/共一作者在Food Chemistry（IF:8.8）、International Journal of Biological Macromolecules（IF:8.2）、Food Packaging and Shelf Life（IF:8.0）、中国食品学报（EI）、食品工业科技（核心）等期刊发表论文8篇，申请国内专利9项、国际专利1项。