CN106231919A - 基于生物聚合物的易腐产品的保存 - Google Patents

基于生物聚合物的易腐产品的保存 Download PDF

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Abstract

本文中公开了基于生物聚合物的涂层和结合此类涂层的产品。也提供了相关方法和用途。

Description

基于生物聚合物的易腐产品的保存
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2014年3月7日提交的标题为“基于生物聚合物的易腐产品的保存”的第61/949,995号美国临时专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
易腐商品特别是食品的保存，通常涉及细菌、真菌(诸如酵母)和其它微生物生长的预防，以及导致腐败的脂肪氧化的延缓。食品保存也能够涉及抑制酶解过程，而酶解过程造成了易腐商品的褪色和/或易腐商品质地的变化。除了可视化的变质或伴随着可见的变质，维持营养价值和香味也是食品保存的重要方面。
在传统上，有很多用于提高易腐品保存的技术。例如，这些包括干燥、巴氏杀菌、冷藏、冷冻、真空包装、盐腌或腌制、糖腌、烟熏、化学添加剂、酸浸、碱浸、装罐或装瓶、辐照等。
最近，食品涂覆(有时候被称为上光)作为提高保存以及感官性质的手段已经得到了开发。几类生物聚合物已经得到考虑以作为涂层材料：多糖、蛋白质、脂质，以及这些生物聚合物的不同组合(例如，综述在“Biopolymers-New Materials for Sustainable Filmsand Coatings”).Copyright2011 John Wiley&Sons,Ltd.，编者：David Plackett；印刷ISBN:9780470683415；在线ISBN:9781119994312；第10章“Food Packaging Applicationsof Biopolymer-Based Films”；第11章“Biopolymers for Edible Films and Coatingsin Food Applications”；其内容通过引用并入本文)。已知多糖和蛋白质形成具有优良机械性质但是具有低渗透率的薄膜，而脂质形成脆性但具有改进渗透率的薄膜。具有打蜡材料的涂层水果和蔬菜也是常用的实例。打蜡的主要原因是防止水分损失以及从而延缓皱缩和腐烂，以及改进外观。用于此类目的的打蜡材料在一定程度上依赖于生产国和/或出口国的规定；使用了天然蜡(即，甘蔗、棕榈蜡、虫胶和树脂)和石油基蜡。蜡可以应用在挥发性石油基的溶剂中，但是现在更常用的是通过水基乳化剂而被应用。应用作为油或膏的混合石蜡经常用在蔬菜上。此类技术对于选择性产品是有用的，但是对于其它则是没用的。
发明内容
本发明尤其提供了用于易腐制品(包括食品)保存的基于生物聚合物的组合物以及方法。具体而言，本发明包括认识到：特定生物聚合物提供结构特征，该结构特征特别适合易腐产品用涂层材料的产生，而不要求用于获得所需展性的附加塑化剂。因此，本文中所述的是安全、简单和通用的涂层，其提高了各种易腐产品的保存。
在一些实施方案中，用于保存易腐物品的基于生物聚合物的涂层材料可用于在易腐品和其环境中的一个或多个元件之间形成阻隔物。在一些实施方案中，此类涂层材料在易腐品和其环境的至少一个方面之间提供了选择性的阻隔物。例如，此类材料在易腐品和其环境的至少一个方面之间提供了选择性的阻隔物，该环境的至少一个方面诸如光(即，特定范围的波长的光)、温度、湿度或水含量、微生物(即，细菌、真菌等)等。
本发明也包括以下概念：本文中所述的基于生物聚合物的涂层可以用作一个或多个试剂的载体。在一些实施方案中，此类涂层结合一个或多个试剂，以进一步提高易腐品的保存。实例包括但不限于，酶抑制剂、抗微生物剂，以及乙烯捕集剂。
此外或可选地，在一些实施方案中，此类涂层载有一个或多个试剂，该试剂用于除了提高易腐品保存之外的目的。例如，此类涂层可以结合一个或多个试剂，以提供附加的属性或特征，其包括但不限于附加或改进的味道或香味、外观、营养含量、气味等。在一些实施方案中，附加的试剂可以提供功能性，诸如载有特定信息的标签或编码。任何适合或所需的信息可以被编码或包括，其包括但不限于鉴别信息，诸如关于产品源或来源的信息、成分、营养信息、制造信息、加工日期(收获日期、涂层或包装的日期等)、失效日期、定价信息、认证、广告、客户服务信息，或其任意组合。
在一些实施方案中，本文中所述的基于生物聚合物的涂层能够提高易腐产品的一个或多个特征。例如，此类涂层可以提供提高的外观(即，颜色、光泽/光泽度等)、提高的质地(即，脆度等)等。
在一些实施方案中，用于保存易腐物品的基于生物聚合物的涂层材料直接应用以粘结在易腐品的表面上。
在一些实施方案中，用于保存易腐物品的基于生物聚合物的涂层材料给易腐品提供了包装。
在一些实施方案中，用于保存易腐物品的基于生物聚合物的涂层材料形成了易腐品(例如，食品)的可食用涂层。在一些实施方案中，此类涂层材料在食用之前不需要被冲洗。在一些实施方案中，此类涂层材料可以在食用之前冲洗掉，例如用水。
在一些实施方案中，本文中所述的基于生物聚合物的可食用涂层不影响其涂覆易腐食品的味道、香味和/或外观。在一些实施方案中，本文中所述的此类基于生物聚合物的可食用涂层不消极地影响其涂覆易腐食品的味道、香味和/或外观。
附图简述
图1提供了浆果老化过程的延时图像。浆果作为原样(对照)和使用丝素蛋白溶液涂覆之后的浆果(DxCx)在22℃和38％RH下贮藏。Dx代表‘x’次浸渍涂覆的步骤。Cx代表‘x’小时的水退火。从而，D1C0是指只浸渍涂覆一次并且没有暴露在水退火中的草莓。
图2提供了比较图像，其显示了在标准条件中贮藏7天之后浆果的内部组织。浆果作为原样(对照)和使用丝素蛋白溶液涂覆之后的浆果(DxCx)在22℃和38％RH下贮藏。Dx代表‘x’次浸渍涂覆的步骤。Cx代表‘x’小时的水退火。从而，D1C0是指只浸渍涂覆一次并且没有暴露在水退火中的草莓。
图3提供了显示贮藏浆果重量损失作为时间函数的图(在标准条件下超过7天)。浆果作为原样(对照)和使用丝素蛋白溶液涂覆之后的浆果(DxCx)在22℃和38％RH下贮藏。Dx代表‘x’次浸渍涂覆的步骤。Cx代表‘x’小时的水退火。从而，D1C0是指只浸渍涂覆一次并且没有暴露在水退火中的草莓。使用Tukey平均值分析的双因素ANOVA检验以用于评估数据。丝结晶度而不是涂覆步骤的数量影响了所考虑的草莓的脱水。未涂覆对照在所考虑的7天中失去了它们原始重量的约50wt％(在红色矩形内突出显示)。与对照相比较，在第3天，非晶丝涂覆草莓(DxC0–蓝色矩形内)保持更多的水(p<0.05)。与非晶涂层(p<0.05)和对照(p<0.05)相比较，结晶丝涂覆的草莓进一步减缓了水果的失水，但是对于水退火的不同时间没有发现统计学差异(p>0.05)。
图4描述了水和薄生物聚合物膜之间的相互作用。图4显示了在图片(a)处的芯吸；图片(b)处的流体动力学的渗透率；和图片(c)处的水扩散率。对于芯吸的研究，丝素蛋白结晶膜(厚度＝130μm)显示染色水在Z和XY方向中的芯吸，该芯吸表明水通过丝素蛋白薄结构的毛细血管扩散。对流体动力学的渗透率的研究显示在丝素蛋白结晶度对水渗透没有统计学上相关的影响(p>0.05)(根据使用Tukey平均值分析的单因素ANOVA检验)。对水扩散率的研究揭示了丝膜结晶度轻微影响水通过丝的传质(根据使用Tukey平均值分析的单因素ANOVA检验)。
图5提供了香蕉成熟过程的图像，其用于评估使用和未使用丝涂层的香蕉成熟。香蕉作为原样(对照)和使用结晶丝素蛋白薄膜涂覆之后的香蕉(丝涂覆的)在22℃和38％RH下贮藏。在整个实验中，香蕉悬挂在它们各自的茎干上。图5显示了在图片(a)处香蕉成熟的延时摄影，其表明丝涂层降低了成熟速率。图5显示了在图片(b)处当与未涂覆对照(ii)相比较，对丝涂覆香蕉膨胀度(i)的研究。检验在涂覆后的第9天完成。当与未涂覆对照相比较时，丝涂覆的香蕉显示了增加的坚度。图5显示了在图片(c)处非涂覆(i)和丝涂覆处理之后第9天涂覆(ii)香蕉内部果肉的摄影。非涂覆香蕉的果肉呈现棕色，而丝涂覆的水果保存了脂肉(tallow flesh)，其表明在丝涂覆样品内减少的成熟速率。
图6提供了显示在香蕉皮上丝素蛋白涂层的化学表征。ATR-FTIR被用于研究香蕉皮上的丝结构(蓝线)、浸渍涂覆在香蕉皮上的丝结构(红线)和水退火12小时的香蕉皮上的丝结构(绿线)。
图7显示了使用可食用丝素蛋白的易腐水果的涂层。图7在图片(a)处显示了所研究的丝素蛋白可食用涂层对新采摘草莓的影响。图7在图片(a)(i)处显示了丝素蛋白通过溶解在9.3M LiBr溶液中从桑蚕茧纤维中分离出来，以及图7在图片(a)(ii)处显示在去离子水中透析。随后，水中蛋白质的浓度被调节至1wt％。图7在图片(a)(iii)处显示了在丝素蛋白溶液(1wt％)中，随后通过浸渍涂覆过程获得草莓的涂层。重复浸渍涂覆过程直至4次。图7在图片(a)(iv)处显示了使用水退火后处理调整丝素蛋白可食用涂层的结晶度。在水蒸气中暴露越久(长达12小时)，蛋白质的结晶度越高。图7在图片(a)(v)处显示了随后将丝素蛋白涂覆的草莓放置在室内条件(T＝22℃,RH＝38％)下，以研究可食用涂层对水果质量的影响。结晶紫染料用于使丝素蛋白涂层着色。图7在图片(b)处显示了着色草莓的代表性宏观图像。图7在图片(b)(i)处显示了新采摘的草莓，图7在图片(b)(ii)处显示了使用非晶丝素蛋白可食用涂层涂覆的草莓(4次浸渍涂覆过程，没有应用水退火)，和图7在图片(b)(iii)处显示了使用结晶的丝素蛋白可食用涂层涂覆的草莓(4次浸渍涂覆过程，12小时的水退火)。结晶紫染料在涂覆草莓的表面几乎是不可见的(黑点)，这是由于涂层几微米厚度。图7在图片(c)处显示了结晶紫着色的新鲜草莓的表面和横截面(插图)的立体图像，图7在图片(c)(i)处显示了采摘的草莓，图7在图片(c)(ii)处显示了使用非晶丝素蛋白可食用涂层涂覆的草莓，以及图7在图片(c)(iii)处显示了使用结晶丝素蛋白可食用涂层涂覆的草莓。比例尺：2mm。
图8显示了使用可食用丝素蛋白涂层涂覆的草莓的成熟和重量损失。图8在图片(a)处显示了草莓成熟的延时图像。采摘的草莓在22℃和38％RH下贮藏(无涂层)或在丝素蛋白溶液(非晶丝涂层)中浸渍涂覆。使用水退火作为后处理，以调整丝素蛋白的结晶度。在第7天，结晶丝素蛋白只显示了改进贮藏草莓的质量。图8在图片(b)处显示了在22℃和38％RH下贮藏长达14天的草莓的重量损失。将草莓作为采摘的(即，无涂层)或使用丝素蛋白溶液(DxCx)涂覆后进行贮藏。Dx代表‘x’次浸渍涂覆的步骤。Cx代表‘x’小时的水退火后处理(例如，D1C0是指草莓经过一次浸渍涂覆和没有暴露在水退火中)。使用Tukey平均值分析的双因素ANOVA检验，以评估重量损失的数据。丝结晶度而不是涂覆步骤的数量影响了所考虑的草莓的脱水。无涂覆对照在所考虑的14天中失去了它们原始重量的约70wt％(在红色矩形内突出显示)。在第3天，非晶涂覆草莓(DxC0)比无涂层对照保留了更多的水(p<0.05)。与非晶丝素蛋白涂层(p<0.05)和无涂层对照(p<0.05)相比较，结晶丝素蛋白涂层的草莓还减缓了水果失水，但是对于水退火的不同时间没有发现统计学差异(p>0.05)。
图9显示了丝素蛋白薄膜中水和氧的渗透率和扩散率作为蛋白质结晶的函数和它们对可食用涂层的质量的影响。图9在图片(a)处显示了丝素蛋白薄膜的流体动力学的渗透率。蛋白质的结晶度不会影响水通过薄膜的渗漏(p<0.05)。图9在图片(b)处显示了丝素蛋白薄膜中水的扩散率。蛋白质的结晶度影响了过渡态的水(0<t<25分钟)而不是稳定态(t>25分钟)的水的扩散率。图9在图片(c)处显示了氧在丝素蛋白薄膜中的扩散。丝素蛋白多晶型强烈地影响了氧的扩散，即在非晶和结晶度丝素蛋白薄膜之间测量氧有效扩散系数的50倍的降低。图9在图片(d)处显示了作为涂层结晶度的函数测量的丝涂覆草莓的呼吸速率(respiration rate)，其中较高的结晶度对应于CO2产生的统计学的显著降低(p<0.05)。图9在图片(e)处显示了作为贮藏时间和涂层结晶度的函数的丝涂层对草莓坚度的影响。草莓的自然腐烂导致水果坚度的降低，其通过刺穿水果所需力的时间依赖性的降低来测量(p<0.05)。在涂层结晶度中的增加对应于第3天和第7天水果坚度腐烂中的统计学的显著延迟。
图10显示了具有和不具有结晶丝涂层的香蕉成熟的评估。水果作为原样(无涂层)和使用结晶丝素蛋白薄膜涂覆之后的水果(结晶涂层)在22℃和38％RH下贮藏。在整个实验中，香蕉悬挂在它们各自的茎干上。图10在图片(a)处显示了的香蕉成熟的延时摄影，其表明丝涂层降低了成熟速率。图10在图片(b)处显示了丝涂覆香蕉膨胀度的研究。图10在图片(b)(i)处显示了未涂覆对照的膨胀度。通过在水果表面应用静载(200g)，对膨胀度进行了定性研究。图10在图片(b)(ii)处显示了涂覆后第9天完成了检验。当与未涂覆对照相比较时，丝涂覆的香蕉显示了增加的坚度。图10在图片(c)(i)处显示了非涂覆香蕉的内部果肉图，和图10在图片(c)(ii)处显示了丝涂覆处理之后第9天涂覆香蕉的内部果肉图。非涂覆香蕉的果肉呈现棕色，而丝涂覆的水果保存了脂肉，其表明在丝涂覆样品内减少的成熟速率。
具体实施方式
本公开提供了基于生物聚合物的可食用涂层，其适合涂覆易腐产品(诸如食品)。本发明尤其包括基于蛋白质(即，基于多肽)的涂层材料和不需要使用附加塑化剂的相关方法。此类蛋白质(即，肽)的特定所需材料和理化特征在下面更详细地描述。与已知的可食用涂层相比较，根据本发明制备的涂层显示了卓越的保存易腐物品诸如新鲜水果的能力。此外，由于能够结合附加试剂以进一步控制易腐品保存的过程或为了其它的目的，此类涂层允许功能的多样性。另外，可以不需要添加剂就调整此类涂层的特定特征(例如，脆性)，从而提供依赖于其应用的可调性。
基于生物聚合物的食品涂层已经得到大量地研究以及广泛地应用于食品工业中。可能最常用的实例是用于涂覆水果和蔬菜的蜡的使用。蜡类是由长烷基链特征性组成的有机化合物。天然蜡类通常是脂肪酸和长链醇的酯。合成蜡类是缺少官能团的长链烃。蜡的疏水性使得其成为保持水果和蔬菜新鲜的吸引水分的阻隔物。然而，适合食品的蜡也是脆性的，并且使用时通常连接增塑剂(即，塑化剂)。比如，蜡可以与作为塑化剂的生物聚合物(例如，壳聚糖、明胶)混合。
其它已经作为涂层材料使用的生物聚合物包括但不限于各种蛋白质，诸如壳聚糖、明胶、玉米醇溶蛋白、小麦面筋、酪蛋白和乳清。壳聚糖和明胶都是非常亲水的，并且从而不会提供有效的水分阻隔物。另一方面，玉米醇溶蛋白是高疏水性蛋白质，并且也由于其丰度在食品工业已经开发了很多应用。然而，作为涂层材料，因为其脆性，其通常需要使用附加的塑化剂。另外，玉米醇溶蛋白不会保持透明，由于它们在与水(例如，水分)的接触中变成白色，这在一些应用中是不需要的。小麦面筋也需要用作涂层材料的塑化剂。酪蛋白和乳清也可以用于生产可食用薄膜材料，但是这些材料一般用作复合薄膜。并且，通常需要添加增塑剂。
与目前为止商业开发的基于生物聚合物的涂层相比，本文中所述的基于生物聚合物的涂层提供了具有所需功能属性的卓越的材料特征。例如，此类涂层(i)可以用于形成易腐品与其环境之间的阻隔物；(ii)可以用作试剂的阻隔物；(iii)可以用作易腐品至少一个性质的增强剂。在这些功能参数的任何一个中，与现有技术中所述的商用涂层相比，本文中所述的基于生物聚合物的涂层表现出卓越的性能。
涂覆的易腐产品
因此，在一方面，提供了包括易腐品和涂层的产品。此类产品包括至少一个易腐品，该易腐品的至少部分与基于生物聚合物的涂层材料相接触。
在本公开的内容中，“易腐”产品是指很容易受到至少一种类型的损害(例如，减少的品质)的物品，该损害通常涉及一个或多个参数的变化，诸如水含量、颜色、一般外观、味道或香味、质地(例如，视觉质地诸如平滑度以及结构质地诸如脆度)、结构完整度、嗅觉、细菌或真菌生长等。易腐品的非限制性实例可以包括但不限于：食品，诸如新鲜的农产品(例如，水果和蔬菜)；肉制品(例如，加工肉和生肉制品)；谷物；坚果；种子；孢子；乳制品(例如，奶酪)；饮料(例如，烈酒、葡萄酒、果汁)；加工食品(例如，小吃)；片剂和胶囊，诸如软胶囊；植物和鲜花，以及类似物。
如在本文中更详细描述的，在本发明的一些实施方案中，用于易腐品的涂层包括生物聚合物。在一些实施方案中，本文中所述的涂层由基于蛋白质的涂层材料制成。除了另外说明，术语“蛋白质”和“多肽”在本文中可互换使用。
在一些实施方案中，基于生物聚合物的涂层材料含有一种或多种蛋白质。此类材料还可以含有附加的生物聚合物组分。比如，本发明的基于生物聚合物的涂层材料包括具有在其中混合第二生物聚合物的那些涂层材料(即，共聚物)。仅举几例，附加的组分可以包括但不限于多肽、脂肪酸、蜡、淀粉、碳水化合物和多糖。在本发明的一些实施方案中，包含在本发明内的基于生物聚合物的涂层基本上由蛋白质和水组成。
优选多肽的结构特征
尽管目前为止已经探讨了各种基于蛋白质的食品涂层，但是本发明包括认识到：具有特定的结构特征的肽作为根据本文所提供方法的涂层材料是特别有用的。具体而言，已经发现，整体疏水但是本质上也是两亲性的肽适合作为涂覆易腐产品。
术语“两亲性”是指同时具有疏水性和亲水性。例如，表面活性剂和两亲性离子是常用的两亲性物质。通常，两亲性蛋白质含有一个或多个疏水部分(例如，延伸、结构域或片段)，以及一个或多个亲水部分(例如，延伸、结构域或片段)，表现为蛋白质的两亲性。在一些实施方案中，两亲性肽能够形成溶液中的胶束结构(即，胶束)。
因此，在一些实施方案中，适合本发明的两亲性多肽含有一个或多个疏水部分和一个或多个亲水部分。在一些实施方案中，适合本发明的两亲性多肽含有间隔的疏水和亲水片段。在一些实施方案中，适合本发明的两亲性多肽含有串联设置的疏水和亲水片段。在特别有用的实施方案中，两亲性多肽的疏水片段比亲水片段占优势。例如，在一些实施方案中，两亲性多肽的大疏水片段与亲水接头基序的较短片段连接。
在一些实施方案中，适合本发明的两亲性多肽包括能够形成贝塔-片层(β-片层)二级结构(例如，结晶)的疏水部分。在一些实施方案中，适合本发明的两亲性多肽包括多个能够形成贝塔-片层(β-片层)二级结构的疏水部分。在一些实施方案中，适合本发明的两亲性多肽包括为非晶形的亲水部分(例如，无规卷曲)。在一些实施方案中，适合本发明的两亲性多肽包括多个形成无规卷曲的亲水部分。在一些实施方案中，适合本发明的两亲性多肽包括多个能够形成贝塔-片层(β-片层)二级结构的疏水部分以及多个能够形成无规卷曲的亲水部分。在一些实施方案中，多个能够形成β-片层二级结构的疏水部分，以及多个能够形成无规卷曲的亲水部分是串联设置的。
还已经发现，具有相对高的总体疏水性的两亲性肽适合进行本文中所述的发明。以结构为基础，蛋白质疏水性的定义很复杂，由于其既可以通过一级结构(即，氨基酸序列)调整，又涉及二级和三级结构。在本公开的内容中，然而，适合进行所述发明的两亲性肽在氨基酸水平上通常具有至少65％的净疏水性，例如，至少70％的净疏水性、至少75％的净疏水性、至少80％的净疏水性、至少85％的净疏水性、至少90％的净疏水性、至少95％的净疏水性，或更多的净疏水性。从而，如本文中所使用的，通过将一级序列中存在的疏水性氨基酸的数量除以氨基酸的总数量，乘以100，以表示为百分比(％)，计算肽或蛋白质的“净疏水性”。
在20种最常出现的氨基酸中，以下被认为是“疏水性”氨基酸：丙氨酸(Ala/A)、异亮氨酸(Ile/I)、亮氨酸(Leu/L)、苯丙氨酸(Phe/F)、缬氨酸(Val/V)、脯氨酸(Pro/P)、甘氨酸(Gly/G)。在另一方面，极性或带电荷的氨基酸具有较高的与水接触的倾向(即，“亲水的”)或换句话说能量上有利于与水接触。在20种最常出现的氨基酸中，“带电荷的”氨基酸残基包括精氨酸(Arg/R)、赖氨酸(Lys/K)、天冬氨酸(Asp/D)和谷氨酸(Glu/E)。在20种最常出现的氨基酸中，“极性”氨基酸残基包括谷氨酰胺(Gln/Q)、天冬酰胺(Asn/N)、组氨酸(His/H)、丝氨酸(Ser/S)、苏氨酸(Thr/T)、酪氨酸(Tyr/Y)、半胱氨酸(Cys/C)、蛋氨酸(Met/M)和色氨酸(Trp/W)。
因此，在一些实施方案中，对于本发明有用的两亲性多肽含有构成肽的疏水部分(例如，疏水二级结构)的至少65％的氨基酸残基，例如，至少65％的氨基酸残基、至少70％的氨基酸残基、至少75％的氨基酸残基、至少80％的氨基酸残基、至少85％的氨基酸残基、至少90％的氨基酸残基、至少95％的氨基酸残基，或更多的氨基酸残基。在一些实施方案中，适合本发明的两亲性多肽含有参与形成β-片层二级结构的其至少65％的氨基酸残基，例如，至少65％的氨基酸残基、至少70％的氨基酸残基、至少75％的氨基酸残基、至少80％的氨基酸残基、至少85％的氨基酸残基、至少90％的氨基酸残基、至少95％的氨基酸残基，或更多的氨基酸残基。
并且，本申请的发明人已经认识到当用作涂层材料时，本文中所述的两亲性多肽的亲水部分可以令人惊奇地作为“固有塑化剂”。如此，由此类两亲性多肽构成的涂层不需要附加的增塑剂。
因此，在一些实施方案中，对于本发明有用的两亲性多肽含有构成肽的亲水部分的至多35％的氨基酸残基，例如，35％或更少的氨基酸残基、30％或更少的氨基酸残基、25％或更少的氨基酸残基、20％或更少的氨基酸残基、15％或更少的氨基酸残基、10％或更少的氨基酸残基，和5％或更少的氨基酸残基。在一些实施方案中，适合本发明的两亲性多肽含有形成无规卷曲结构的至多35％的氨基酸残基，例如，35％或更少的氨基酸残基、30％或更少的氨基酸残基、25％或更少的氨基酸残基、20％或更少的氨基酸残基、15％或更少的氨基酸残基、10％或更少的氨基酸残基，和5％或更少的氨基酸残基。
另外，本公开的发明人已经认识到在涂层蛋白质疏水(例如，结晶)结构域和亲水(例如，结晶)结构域之间的分子水平的相互作用决定了产生的涂层展性的平衡。也就是说，通过氢键以及疏水相互作用，结晶形成主要依赖于疏水结构域的分子内和分子间相互作用，而涂层的结构柔性或展性需要由此类蛋白质非晶结构域呈现的塑性效应。
这也意味着，构成涂层的此类肽的相对分子量或分子量的范围对结晶形成或“包装”以及其稳定性和结构柔性具有影响，因为具有相对较大疏水性级分的多肽可以提供更大的分子相互作用(例如，更多的氢键等)，以稳定蛋白质结构。因此，在本发明的一些实施方案中，用于涂层材料的蛋白质具有至少50千道尔顿(kDa)的平均分子量。在一些实施方案中，根据本发明用于涂层材料的蛋白质具有在约50kDa和约400kDa之间范围的平均分子量。在一些实施方案中，根据本发明用于涂层材料的蛋白质具有约50kDa的平均分子量、约60kDa的平均分子量、约70kDa的平均分子量、约80kDa的平均分子量、约90kDa的平均分子量、约100kDa的平均分子量、约110kDa的平均分子量、约120kDa的平均分子量、约130kDa的平均分子量、约140kDa的平均分子量、约150kDa的平均分子量、约160kDa的平均分子量、约170kDa的平均分子量、约180kDa的平均分子量、约190kDa的平均分子量、约200kDa的平均分子量、约210kDa的平均分子量、约220kDa的平均分子量、约230kDa的平均分子量、约240kDa的平均分子量、约250kDa的平均分子量、约260kDa的平均分子量、约270kDa的平均分子量、约280kDa的平均分子量、约290kDa的平均分子量、约300kDa的平均分子量、约310kDa的平均分子量、约320kDa的平均分子量、约330kDa的平均分子量、约340kDa的平均分子量、约350kDa的平均分子量、约360kDa的平均分子量、约370kDa的平均分子量、约380kDa的平均分子量、约390kDa的平均分子量、约400kDa的平均分子量，和更大的平均分子量。通常，此类多肽能够形成柔性、更小脆性的涂层而不需要附加的增塑剂。
仅为了给出一个实例，丝素蛋白是具有两亲性质的疏水结构的蛋白质。丝素蛋白重链由非晶和结晶部分组成。已经观察到，β-片层的丝素蛋白填充形成晶体，而其它片段形成非晶结构域。硬结晶片段和应变弹性半非晶区之间的相互作用至少部分上给予丝其特殊的性质。
另外，由于蛋白质的多晶型，还能够控制蛋白质的二级以及三级结构。在与纯结晶蛋白质诸如玉米醇溶蛋白相比较时，丝结构的这一调整允许对蛋白质物理和机械性质进行精细的控制，其结果是柔性和更大塑性的材料。另外，再生的丝素蛋白(例如，从约390至约50kDa，依赖于处理条件，诸如煮沸时间)的分子量远高于再生玉米蛋白的分子量(大约15-40kDa)。不希望受到特定的理论束缚，相信在此低分子量下，分子间键和链缠结受到限制并且导致更大脆性的材料，其实际上需要塑化剂以制备柔性、一致的薄膜涂层。由于相同的原因，柔性薄膜涂层通常不能够使用持续较长时间(诸如100min)煮沸的丝素蛋白来制备。此类处理导致蛋白质碎片化，并且由于蛋白质分子量变得太低和产生的材料变得太脆。
然而，脆性的涂层在特定的情况下可以是优选的。例如，一些易腐产品可以需要保持脆度。本发明从而包括用于制备涂层的所选低分子量蛋白质的用途。在一些实施方案中，低分子量蛋白质具有在约10kDa和约45kDa之间范围的平均分子量，例如，约10kDa的平均分子量、约15kDa的平均分子量、约20kDa的平均分子量、约25kDa的平均分子量、约30kDa的平均分子量、约35kDa的平均分子量、约40kDa的平均分子量和约45kDa的平均分子量。
许多两亲性多肽可以被认为用于进行本发明。在一些实施方案中，可以使用单个源(例如，天然存在的蛋白质)的多肽，其在多肽内含有疏水模块或延伸和亲水模块或延伸，从而单个多肽本身是天然两亲性的。在一些实施方案中，疏水模块或延伸和亲水模块或延伸可以融合或偶合在一起，以形成两亲性实体。可以使用重组技术、化学偶合或其两者制备此类“融合”或“嵌合的”多肽。
另外，本发明包括认识到：包括采取贝塔-片层(β-片层)二级结构的氨基酸序列的一部分或多部分的多肽对于本发明是特别有用的。因此，在一些实施方案中，以具有β-片层结构或形成此类基于氨基酸序列结构的倾向为基础，对两亲性多肽进行选择。
在一些实施方案中，本文中所述的肽基涂层包括选自以下列表的多肽的氨基酸序列：丝心蛋白、肌动蛋白、胶原蛋白、连环蛋白、密封蛋白(claudin)、螺旋蛋白、弹性蛋白、弹力纤蛋白(elaunin)、伸展蛋白、原纤蛋白、核纤层蛋白、层粘连蛋白、角蛋白、管蛋白、病毒结构蛋白、玉米醇溶蛋白(种子储藏蛋白)和其任何组合。在一些实施方案中，使用丝素蛋白以进行本发明。在任意一个实施方案中，本文中所述涂层可以包括丝素蛋白多肽。在一些实施方案中，可以由基本由丝素蛋白多肽和水组成的水性溶液制备此类涂层。
可以由各种源制备适合实施本发明的水性多肽，该源包括天然源的再生(例如，纯的)蛋白质，异源系统中制备的重组蛋白质、合成或化学制备的肽，或这些的组合。
在一些实施方案中，可以由多肽制备本发明的涂层，该多肽对应于上述提供的列表的任意一个，与天然或野生型对应物相比较，该多肽具有或不具有一个或多个氨基酸序列变异。例如，在一些实施方案中，与野生型序列相比较，此类变体可以表现至少85％的整体序列同一性，例如，至少86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％的整体序列同一性。在一些实施方案中，例如，使用根据本公开的丝素蛋白制备涂层。在任意一个实施方案中，本文中所述涂层可以包括丝素蛋白多肽。在一些实施方案中，此类涂层可以基本由丝素蛋白多肽和残留水组成。
丝素蛋白
如本文中所使用，不管蚕、蜘蛛，或其它昆虫，或以别的方式产生，术语“丝素蛋白”是指丝素蛋白的蛋白质或其片段(Lucas等，Adv.Protein Chem.,13:107-242(1958))。丝是由不同物种天然制备的，该物种包括但不限于：印度柞蚕(Antheraea mylitta)；姬透目天蚕蛾(Antheraea pernyi)；半目大蚕蛾(Antheraea yamamai)；大蜡螟(Galleriamellonella)；家蚕(Bombyx mori)；野桑蚕(Bombyx mandarina)；大蜡螟(Galleriamellonella)；棒络新妇蛛(Nephila clavipes)；塞内加尔络新妇蛛(Nephilasenegalensis)；乳突棘腹蛛(Gasteracantha mammosa)；橘黄色球蛛(Argiope aurantia)；十字园蛛(Araneus diadematus)；寡妇蜘蛛(Latrodectus geometricus)；俄亥俄州西北园蛛(Araneus bicentenarius)；花斑肖蛾(Tetragnatha versicolor)；大腹圆蛛(Araneusventricosus)；暗色狡蛛(Dolomedes tenebrosus)；奇索斯上户蛛(Euagrus chisoseus)；淡漠后纺蛛(Plectreurys tristis)；三带金蛛(Argiope trifasciata)；和马达加斯加岛络新妇蛛(Nephila madagascariensis)。
在一些实施方案中，从含有溶解蚕丝或蜘蛛丝的溶液中获得丝素蛋白。例如，在一些实施方案中，从家蚕的茧中得到蚕丝素蛋白。在一些实施方案中，例如，从棒络新妇蛛中获得蜘蛛丝素蛋白。在可替代的方案中，在一些实施方案中，从细菌、酵母、哺乳动物细胞、转基因动物或转基因植物中收集的含有基因工程的丝或重组制备的丝的溶液中获得适合在本发明中使用的丝素蛋白。例如，参见WO 97/08315和US专利号5,245,012，两者中的每一篇通过引用以其全部并入本文。
从而，在一些实施方案中，使用丝溶液以产生本发明的涂层，该涂层含有丝素蚕白，基本不含丝胶。本文中使用的“基本不含”意味着不含有或者存在的浓度：(i)低于本领域所接受手段测量的检验值；或(ii)对下游应用没有影响或影响很小，从而认为可忽略不计的。
在一些实施方案中，用于制造本发明不同组合物的丝溶液含有丝心蛋白的重链，但是基本不含其它蛋白。在其它实施方案中，用于制造本发明不同组合物的丝溶液含有丝心蛋白的重链和轻链，但是基本不含其它蛋白。在某些实施方案中，用于制造本发明的不同组合物的丝溶液包括丝素蛋白的重链和轻链；在一些此类实施方案中，丝素蛋白的重链和轻链通过至少一个二硫键连接。在一些存在丝心蛋白重链和轻链的实施方案中，重链和轻链通过一个、两个、三个或更多的二硫键连接。
尽管不同种类的制丝生物体和不同类型的丝具有不同的氨基酸组合物，但是各种丝素蛋白质都具有特定的结构特征。丝素蛋白结构的一般趋势是：氨基酸序列的特征在于，通常使甘氨酸和丙氨酸，或只有丙氨酸交替。此类构造允许丝素蛋白分子自组装为β-片层构型。这些“富Ala”和“富Gly”的疏水嵌段通常由具有大体积侧基(例如，亲水间隔物)的氨基酸片段隔开。
在一些实施方案中，丝心蛋白的疏水嵌段的中心重复序列由以下氨基酸序列和/或公式来代表：(GAGAGS)5-15(SEQ ID NO:1)；(GX)5-15(X＝V、I、A)(SEQ ID NO:2)；GAAS(SEQID NO:3)；(S1-2A11-13)(SEQ ID NO:4)；GX1-4GGX(SEQ ID NO:5)；GGGX(X＝A、S、Y、R、D V、W、R、D)(SEQ ID NO:6)；(S1-2A1-4)1-2(SEQ ID NO:7)；GLGGLG(SEQ ID NO:8)；GXGGXG(X＝L、I、V、P)(SEQ ID NO:9)；GPX(X＝L、Y、I)；(GP(GGX)1-4Y)n(X＝Y、V、S、A)(SEQ ID NO:10)；GRGGAn(SEQ ID NO:11)；GGXn(X＝A、T、V、S)；GAG(A)6-7GGA(SEQ ID NO:12)；以及GGX GXGXX(X＝Q、Y、L、A、S、R)(SEQ ID NO:13)。
在一些实施方案中，丝心蛋白肽在肽内含有多个疏水嵌段，例如，3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20个疏水嵌段。在一些实施方案中，丝心蛋白肽含有4-17个之间的疏水嵌段。
在本发明一些实施方案中，丝心蛋白肽包括至少一个在长度上约4-50个氨基酸的亲水间隔序列(“亲水嵌段”)。亲水间隔序列非限制性的实例包括：TGSSGFGPYVNGGYSG(SEQID NO:14)；YEYAWSSE(SEQ ID NO:15)；SDFGTGS(SEQ ID NO:16)；RRAGYDR(SEQ ID NO:17)；EVIVIDDR(SEQ ID NO:18)；TTIIEDLDITIDGADGPI(SEQ ID NO:19)和TISEELTI(SEQ ID NO:20)。
在某些实施方案中，丝心蛋白肽含有亲水间隔序列，其是以上所列的代表性亲水间隔序列中任何一个的衍生物。此类衍生物是与亲水间隔序列中任何一个具有至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％的相同性。
如所注意的，丝是纤维蛋白，并且其特征在于，连接在一起的模块单元形成高分子量高度重复的蛋白质。这些模块单元或结构域，每个具有特定氨基酸序列和化学成分，被认为提供特定的功能。例如，序列基序诸如聚丙氨酸(polyA)和聚丙氨酸甘氨酸(poly-AG)倾向于形成β-片层；GXX基序有利于形成31-螺旋；GXG基序提供了刚性；以及GPGXX(SEQ IDNO:22)有利于形成β-螺旋形。这些是在各种丝结构中的关键组分的实例，该丝结构的定位和分布与丝基材料的端材料性质紧密联系(综述于Omenetto和Kaplan(2010)Science 329:528-531)。也参见WO 2011/130335(PCT/US2011/032195)，其内容通过引用并入本文。
在任何一个本文设想的实施方案中，可以使用各种分子量的丝素蛋白多肽(例如，片段)。在一些实施方案中，例如，所提供的丝素蛋白涂层包括具有平均分子量在约3.5kDa和约350kDa之间的丝素蛋白多肽。合适范围的丝素蛋白片段的非限制性实例包括但不限于：具有平均分子量在约50kDa和约350kDa之间的丝素蛋白多肽；具有平均分子量在约100kDa和约350kDa之间的丝素蛋白多肽；具有平均分子量在约150kDa和约350kDa之间的丝素蛋白多肽；具有平均分子量在约200kDa和约350kDa之间的丝素蛋白多肽等。在尺寸上“降低”的丝素蛋白多肽，比如，小于原始或野生型对应物，可以被称为“低分子量丝素蛋白”。
任选添加剂-塑化剂
在任何一个本发明所包含的实施方案中，基于生物聚合物的涂层还可以包括一种或多种添加剂。当不需要的时，合适的添加剂的实例可以包括但不限于，一种或多种增塑剂(即，塑化剂)和其它活性或非活性试剂，这依赖于特殊的用途。
如本公开内容中所使用，术语“增塑剂”和“塑化剂”在本文中可互换使用，并且可以理解为是指任何添加进基于生物聚合物的涂层制备中以促进塑性和柔性并且降低脆性的物质。通常，此类试剂是吸湿物质，其与生物聚合物形成氢键或静电键，并且其增加保持在生物聚合物材料中自由水和凝固结合水的量。此类试剂的一个实例是甘油。然而，应该注意，至少一些常用于传统制剂(例如，某些油类)的塑化剂不会对本应用所述的基于生物聚合物的涂层起作用。在一些实施方案中，基于生物聚合物的涂层包括一种或多种增塑剂，其包括但不限于：甘油；油酸甘油酯；油醇；PEG-4PEG-6；PEG-8；PEG-12；PEG-16；PEG-20PEG-32；PEG-75(参考Handbook of Green Chemistry,Part IV Functional/Application,第2759页)、硬脂酸、油酸、乳酸钠，2618；2619；200PO；380PO；550PO PEG-20硬脂酸酯；丙二醇月桂酸酯；40；70；85100；350(参考Handbook of GreenChemistry,Part IV Functional/Application,第2755页)。
在一些实施方案中，基于生物聚合物的涂层制剂还可以包括一种或多种保湿剂。一般而言，保湿剂是是水溶性溶剂以及一组具有保湿性质，即用于保持物体湿润的吸湿物质中的任何一个。它们经常是具有几种亲水基团的分子，最常见的是羟基；然而，也能够出现有时候酯化的氨基和羧基(其与水分子形成氢键的亲和力是关键性状)。
一些保湿剂的非限制性实例包括：丙二醇(E1520)、己二醇，和丁二醇；三乙酸甘油酯(E1518)；乙烯醇；新琼二糖；糖醇/糖多元醇：甘油/丙三醇、山梨醇(E420)、木糖醇、麦芽糖醇(E965)；聚合多元醇(例如，聚葡萄糖(E1200))；皂树(E999)；尿素；芦荟胶；MP二醇；α羟基酸(例如，乳酸)；以及蜂蜜。
任选的添加剂-其它组分
根据本发明，基于生物聚合物的涂层还可以包括一种或多种附加的目标组分。此类组分可以是活性试剂或非活性(或惰性)试剂。可以合并进本涂层材料的添加剂的非限制性实例包括生物上活性的试剂诸如：抗微生物剂，诸如抗细菌剂和抗真菌剂；酶抑制剂；乙烯捕获/结合分子，诸如乙烯受体的乙烯结合结构域；乙烯吸收物质，诸如铝硅酸盐(例如，沸石)，基于丝素蛋白的气凝胶(参见，2013年11月8日提交的美国临时专利申请61/902,145，题目为“基于肽的纳米纤维材料”并入本文)氧化剂，诸如高锰酸钾；乙烯受体拮抗剂；卟啉；激素，激素受体激动剂以及其拮抗剂。
其它可以合并进涂层材料中的添加剂包括但不限于：营养剂(膳食补充剂诸如：维生素、抗氧化剂、脂肪酸等)；调料和其它添加改进味道的组合物，诸如糖；香料或香精、着色剂、染料等。
功能特征
如在以下提供的例示中所示，本申请所述的基于生物聚合物的涂层表现出低水渗透率，并且从而能够形成有效水分阻隔物，以防止易腐产品中水分的损失。这对于通过防止脱水保持具有相对高水含量的易腐产品诸如新鲜水果内部的水分，以及保持水分以维持干燥品都是很重要的。控制水渗透率也可以帮助控制微生物生长和污染。
在一些实施方案中，本申请中所述的基于生物聚合物的涂层具有小于10-6cm2/s的水扩散率，例如，小于10-7cm2/s、小于10-8cm2/s、小于10-9cm2/s，或更小的。在一些实施方案中，此类涂层具有范围在约10-6cm2/s和约10-9cm2/s之间的水扩散率，例如，在约10-6cm2/s和约10-7cm2/s之间、在约10-6cm2/s和约10-8cm2/s之间、在约10-7cm2/s和约10-8cm2/s之间、在约10-7cm2/s和约10-9cm2/s之间，和在约10-8cm2/s和约10-9cm2/s之间。
在一些实施方案中，本申请所述的基于生物聚合物的涂层表现出低气体渗透率。在一些实施方案中，本文中所述的涂层具有小于10-10[(mlO2·cm)/(cm·s·mmHg)]的氧渗透系数(DkO2)。在一些实施方案中，此类涂层具有范围在约10-10和约10-13[(mlO2·cm)/(cm·s·mmHg)]之间的氧渗透系数(DkO2)，例如，在约10-10和约10-12[(mlO2·cm)/(cm·s·mmHg)]之间、约10-10和约10-11[(mlO2·cm)/(cm·s·mmHg)]之间、约10-11和约10-13[(mlO2·cm)/(cm·s·mmHg)]之间、约10-11和约10-12[(mlO2·cm)/(cm·s·mmHg)]之间。在一些实施方案中，所述涂层的氧渗透系数(DkO2)为约10-13[(mlO2·cm)/(cm·s·mmHg)]、约10-12[(mlO2·cm)/(cm·s·mmHg)]或约10-11[(mlO2·cm)/(cm·s·mmHg)]、约10-10[(mlO2·cm)/(cm·s·mmHg)]。
在本发明的一些实施方案中，本申请所述的基于生物聚合物的涂层对于提高的或改进的保存易腐品的能力是有用的，该易腐品很容易受到脱水的影响；很容易受到褪色的影响；很容易受到氧化的影响；很容易受到光降解的影响；很容易受到酶降解的影响；很容易受到乙烯敏感释放乙烯的微生物所致腐烂的影响；或很容易受到机械损伤的影响；或其任意的组合。
在一些实施方案中，由两亲但疏水性多肽构成的基于生物聚合物的涂层用于保存新鲜的农产品。在一些实施方案中，使用生物聚合物涂层涂覆易腐产品诸如水果一次或多次。
从而，本发明提供了易腐品提高的保存方法，该易腐品容易受到真菌(例如，霉菌)、细菌或其组合所致的腐烂或发酵。一般而言，当使用本文所述的基于生物聚合物的涂层涂覆此类产品多次时，并且以及当在涂层材料中诱导形成蛋白质结晶时，更好的保存了易腐产品的新鲜度，结果是通过观察遵循标准贮藏的产品内部和外部组织的结构完整度和外观，延长了保存。相应地，增加的涂覆步骤和增加的蛋白质结晶度导致微生物生长的下调，其通过降低的真菌和霉菌腐烂是可见的。
在一些实施方案中，合适的贮藏条件涉及在范围在约2℃和约50℃之间更通常是在约2℃和约35℃之间的温度下贮藏易腐品，例如，约2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃等。
在任何一个此类实施方案中，合适的贮藏条件涉及在一定湿度水平下贮藏易腐品，例如，小于5％、约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％、约90％、约95％，和约100％。
在任何一个此类实施方案中，合适的贮藏条件涉及在持续时间内贮藏易腐品，该持续时间的范围在约1小时和约3年之间。更通常地，贮藏持续时间的范围在约1天和约1年之间，例如，约1天、2天、3天、4天、5天、6天、7天、8天、9天、10天、11天、12天、13天、2周、3周、4周、5周、6周、7周、8周、9周、10周、11周、12周、4个月、5个月、6个月、7个月、8个月、9个月、10个月、11个月、12个月，或更长时间。
根据本申请制备和使用的涂层可以显著地延长由其涂覆或包装的易腐产品的储存期。“储存期”一般定义为对于使用或消耗，商品的贮藏没有变得不合格的持续时间。从而，储存期是推荐的最长时间，产品能够在储存期贮藏，在储存期，限定的商品特定比例的质量在预期(或特定)分布、贮藏和陈列条件下保持可接受的。
在一些地区，包装易腐食品上需要：之前的最佳建议，强制使用，或保鲜期。本文中所述的涂层可以包括此类信息。
一般而言，“截止日期”作为基于正常和预期处理以及温度暴露于温度的指南来使用。在截止日期之前使用不能保证易腐产品的安全，并且此类产品在截止日期之后并不一定是危险的或无效的。
对于食品，储存期通常不同于截止日期，其中，前者是指食品的质量，而后者是指食品的安全。已经通过其储存期的易腐产品仍可能是安全的，但是质量不再是有保证的。
在一些实施方案中，当两种产品在相同或基本相同的条件下其它方式处理和贮藏时，与没有所述涂层的相同或类似产品相比较，本文中所述涂层的使用延长了被其涂覆易腐产品的储存期。在一些实施方案中，相对于同类产品在除了涂层之外的其它相同处理和贮藏条件下的储存期，所述涂层的使用，延长了易腐产品的储存期至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％，或更长。
在一些实施方案中，与相应的对应物(例如，参照)，即没有本发明涂层的物品相比较，在本申请所述的具有涂层的易腐品的平均储存期增加了约1.1和约10倍之间，例如，约1.2、约1.3、约1.4、约1.5、约1.6、约1.7、约1.8、约1.9、约2.0、约2.1、约2.2、约2.3、约2.4、约2.5、约2.6、约2.7、约2.8、约2.9、约3.0、约3.1、约3.2、约3.3、约3.4、约3.5、约3.6、约3.7、约3.8、约3.9、约4.0、约4.5、约5.0、约5.5、约6.0、约6.5、约7.0、约7.5、约8.0、约8.5、约9.0、约9.5，和约10倍。
在一些实施方案中，使用本文所述的涂层涂覆的易腐产品的平均储存期，与没有此类涂层的参照产品相比较，延长了至少1天、至少2天、至少3天、至少4天、至少5天、至少6天、至少7天、至少8天、至少9天、至少10天、至少11天、至少12天、至少13天、至少14天、至少15天、至少16天、至少17天、至少18天、至少19天、至少20天、至少21天、至少22天、至少23天、至少24天、至少25天、至少26天、至少27天、至少28天、至少29天、至少30天、至少5周、至少6周、至少7周、至少8周、至少9周、至少10周、至少11周、至少12周、至少4个月、至少5个月、至少6个月、至少7个月、至少8个月、至少9个月、至少10个月、至少11个月、至少1年、至少18个月、至少2年、至少30个月、至少3年、至少4年、至少5年，或更长。
在一些实施方案中，本公开中所描述的涂层能够降低传统冷链要求的需要，甚至消除传统冷链要求，该冷链要求通常用于特殊易腐产品。例如，在一些实施方案中，当使用根据本发明所述的涂层涂覆时，在优选或推荐温度的一定范围下通常用船运和/或贮藏的易腐产品可以保持产品质量在此温度范围之外的一个或多个参数。在一些实施方案中，涂覆此类涂层的产品可以承受温度、湿度、机械压力、曝光或其任意组合中更大的偏差和/或浮动程度，如通过本文所述的任意一个参数或现有技术中已知方法所确定的。
保存的测量
有很多测量食品保存相对效力的参数。可以在贮藏过程之前和之后或贮藏过程中使用任何合适的手段测量或测量易腐产品的新鲜程度或保存的程度，或评估易腐食品的质量。这些包括但不限于，重量的变化，其可以影响水损失；形状或总体结构完整性的变化；质地诸如坚度的变化；颜色的变化，其包括整体褪色或局部斑点；化学物种的变化(例如，糖、淀粉等的含量)；酸度的变化；嗅觉、味道的变化等。也可以测量相对气体交换速率(例如，氧渗透率)。另外，也可测量特定化合物诸如乙烯的释放。在下述例证中提供了选定的测量的非限制性实例。
跃变型水果和非跃变型水果
通过产生乙烯和增加细胞呼吸而成熟的水果被称之为跃变型。跃变型水果的实例包括但不限于：苹果、香蕉，和番茄。与之相比，浆果和葡萄是非跃变型水果。跃变型事件可以说与水果颜色的变化和细胞外隙中产生的糖相关。
如本公开中提供的起作用的实例所示，本文中所述的基于生物聚合物的涂层在保存跃变型和非跃变型农产品中都是有效的。在一些实施方案中，本文中所述的基于生物聚合物的涂层可以用于延缓水果成熟过程的速率。在一些实施方案中，本文中所述的基于生物聚合物的涂层可以用于保持水果的坚度。在一些实施方案中，本文中所述的基于生物聚合物的涂层可以用于减缓微生物生长。在一些实施方案中，某些水果，诸如非跃变型水果(例如，浆果)，使用本文中所述的基于生物聚合物的涂层涂覆，可以显示非常有限存在的“黑斑”，该黑斑通常表明水果表面存在霉菌。
在一些实施方案中，蛋白质多晶型可以用于设计涂层的性质，影响蛋白质(诸如丝素蛋白)与水蒸发之间的相互作用以及微生物驱动的食品腐烂。
一般方法和应用
在另一方面，提供了保存易腐产品的相关方法。
广义上讲，此类方法涉及将涂层添加至需要贮藏或保存的易腐品的至少部分上。通常，易腐品的至少部分间接地与涂层的至少部分相接触，该涂层包括如以上所详述的生物聚合物。
当其保持一个或多个性质或原始状态/特征时，易腐品可以说是被保存的，至少部分上被保存的，如任何合适的参数诸如水含量、颜色、重量、形状、质地、结构完整性、味道、香味、气味等来测量。
如上所述，将本文中所述的生物聚合物涂层制备为合适的生物聚合物的水溶液，例如，具有整体疏水特征的两亲性多肽。通常，将涂层材料制备为具有溶解在其中的按重量计最终浓度为约0.1-20％的生物聚合物溶液，例如，约0.1％、约0.2％、约0.3％、约0.4％、约0.5％、约0.6％、约0.7％、约0.8％、约0.9％、约1％、约1.5％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％、约10％、约11％、约12％、约13％、约14％、约15％、约16％、约17％、约18％、约19％、约20％，或更大。
如果需要，可以将某些添加剂添加至此类溶液中。
任何合适的技术可以用于执行涂覆的步骤(例如，将涂层材料沉积在易腐品上的步骤)。例如，可以通过任何合适的手段进行涂覆过程，包括但不限于：浸渍涂覆、喷雾涂覆、刷涂等。此类步骤可以进行一次或重复多次，例如，2次、3次、4次、5次、6次、7次、8次、9次、10次、11次、12次、13次、14次、15次、16次、17次、18次、19次、20次、21次、22次、23次、24次、25次26次、27次、28次、29次、30次，或更多次。
在涂覆步骤的每个或一个之间或遵循涂覆步骤的每个或一个，基于生物聚合物的涂层可以是干燥的，且任选地退火的，交联的，或退火的和交联的。存在于本公开中的数据表明增加生物聚合物结晶的程度可以提高保存的效果。这些效果可以涉及至少两个因素：一个是防止水的损失，以及另一个是防止微生物的生长。
在一些实施方案中，退火的过程可以涉及在用作涂层材料的生物聚合物中诱导形成β-片层。已经描述了水退火(例如，增加结晶度)或其它促进生物聚合物“分子填充”的技术。
在一些实施方案中，通过添加有机溶剂诱导退火(例如，β片层形成)。合适的有机溶剂包括但不限于：甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇，或其组合。
在一些实施方案中，通过所谓的“水退火”或“水蒸气退火”进行退火，其中水蒸气用作中间增塑剂或催化剂，以促进β-片层的填充。在一些实施方案中，水退火的过程可以在真空下进行。已经描述了合适的此类方法。例如，参见Jin H-J等(2005),Water-stableSilk Films with Reduced Beta-Sheet Content,Advanced Functional Materials,15:1241-1247；Xiao H.等(2011),Regulation of Silk Material Structure byTemperature-Controlled Water Vapor Annealing,Biomacromolecules,12(5):1686–1696。
在一些实施方案中，退火或交联的步骤涉及使涂层材料的两亲性多肽暴露于高能量源，诸如通过辐照。
对于此类过程的高能量的有用源可以包括但不限于电子束、光子、离子辐射、核辐射。
根据本发明，易腐品的至少一部分可以涂覆或覆盖一层或多层的基于生物聚合物的涂层。此类涂层的一层可以是任何合适的厚度，例如，在约0.1μm和约1mm之间，例如，约0.5μm、约1μm、约5μm、约10μm、约15μm、约20μm、约30μm、约40μm、约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm、约100μm、约110μm、约120μm、约130μm、约140μm、约150μm、约160μm、约170μm、约180μm、约190μm、约200μm、约210μm、约220μm、约230μm、约240μm、约250μm、约300μm、约350μm、约400μm、约450μm、约500μm、约550μm、约600μm、约650μm、约700μm、约750μm、约800μm、约850μm、约900μm、约950μm、约1000μm，或更大。此类涂层可以包括在单层或多层涂层。
在一些实施方案中，本发明的基于生物聚合物的涂层在易腐产品表面的至少部分形成保形的覆盖或外壳。在一些实施方案中，此类涂层可以完全包覆易腐产品一个或所有表面。
当其形成易腐产品涂层时，本发明的基于生物聚合物的涂层可以是基本上透明的。透明度是用于保持易腐产品自然颜色或外观所需要的特征。此外，在一些实施方案中，此类涂层可以具有增加所涂覆产品光彩的效果(例如，光鲜的外观)。
通常，本文中所述的基于生物聚合物的涂层无嗅、无味，或无嗅无味。
在一些实施方案中，本文中所述的基于生物聚合物的涂层能够形成足够的水溶性并且从而易清洗。然而，在一些实施方案中，易腐食品的涂层在消费之前不需要移除。
包括在本发明中的基于生物聚合物的涂层也可以用作很多产品的包装材料。例如，本文所提供的基于生物聚合物的涂层可以至少部分取代任何传统的用于包裹、覆盖或瓶装易腐品的包装材料，该易腐品包括但不限于乳制品、红酒和烈酒、其它瓶装饮料等。
在一些实施方案中，可以使用本文中所述的基于生物聚合物的涂层将传统的包装材料至少涂覆在一侧。在一些实施方案中，可以使用本文中所述的基于生物聚合物的涂层取代包装组分或与包装组分相结合。比如，基于生物聚合物的涂层材料可以用作红酒塞以取代软木塞。
在本发明所包括的任何一个实施方案中，涂层还可以包括一个或多个附加的特征，诸如在其上制造或结合于其中的纳米和/或微米结构。此类结构可以提供至少一个用于涂层的光学特征。光学特征的实例包括但不限于：衍射光栅、纳米级凹点和空穴、微棱镜等。在一些实施方案中，设计此类结构以作为传感器。参见，例如，WO 2008/127404；WO 2008/118211；WO 2008/127402；WO 2008/127403；WO 2008/127401；WO 2008/140562；WO 2009/061823；WO 2009/155397；WO 2010/126640；WO 2011/046652；WO 2011/026101；WO 2012/054121；WO 2011/130335；WO 2011/112931；WO 2012/047682；WO 2012/031282；WO 2010/088585；WO 2013/130156；以上列出的出版物的每个的内容通过引用以其全部并入本文。
在一些实施方案中，设计此类光学的和/或纳米级别的特征以进行或编码某些信息(例如，标签和代码)。任何适合或所需的信息可以被编码或包括，其包括但不限于鉴别信息，诸如关于产品源或来源的信息、成分、营养信息、制造信息、处理日期(收获日期、涂覆或包装的日期等)、之前的最佳建议，强制使用，或保鲜期、截止日期、定价信息、认证、广告、客户服务信息，或其任意组合。
在本文中所包括的任意一个实施方案中，添加进本发明的涂层中的附加的特征或特征可以提供美学效果，诸如设计、图案、颜色、图画、图像、标志，和其任意组合。
以下例示提供了根据本文中所述本发明进行的起作用实例的非限制性实施方案。数据仅仅为了说明的目的而提出，而不能理解为以任何的方式来限制。
例示
丝素蛋白作为用于易腐食品保存的可食用涂层
许多易腐食品具有高的代谢活性并且遭受高的微生物污染的可能性，结果是短的储存期、真菌腐败、颜色变化，以及异味。在所有易腐食品中，例如，草莓被认为是从“农场到餐桌”过程中最难保存新鲜的一种，并且从而用作检验本公开中所述易腐食品保存策略的效力的模型。草莓富含多酚和花青素，维生素和氨基酸。至今，几种选择方案已经用于保存草莓的新鲜度。这些包括，合成化学杀真菌剂、改性气调包装、渗透处理、低压和加热处理、低温保存和可食用涂层。具体而言，近年已经广泛地研究了可食用涂层，由于其优良的效果和容易处理，使得其广泛适用于软水果，诸如浆果。具体而言，归因于可食用涂层使用的主要功能优点包括较慢的呼吸率、延长的贮藏期、坚度保持和受控制的微生物生长。已经设想了几类用于发展可食用涂层的生物聚合物：多糖、蛋白质、脂质，以及这些生物聚合物的不同组合。已知多糖和蛋白质形成具有优良机械性质但是具有低渗透率的薄膜，而脂质形成脆性但具有改进渗透率的薄膜。因此，现在用于可食用水果涂层的研究关注了使用强力的具有疏水基团的聚合物基质，以使机械强度与水蒸气的低渗透率相结合。另外，用于易腐食品保存的理想的涂层材料应该具有生物相容性、生物降解性、抗细菌和抗真菌活性、成膜能力和安全性(即，可食用和不引起过敏)。
由于其在纺织、生物医疗、光子和电子应用中的潜力，丝素蛋白是一种得到广泛研究的生物材料。丝素蛋白是一种结构蛋白质，像胶原蛋白，但是具有独特的特征：通过活的复合生物，其由氨基酸溶液的挤出产生(而胶原蛋白通过细胞产生单体的自组装产生在细胞外隙中)。丝素蛋白的性质源于其结构，该结构由亲水的酸性间隔物交错的疏水嵌段组成。在其自然状态下，丝素蛋白设置为β-片层晶体，该结晶与非晶区域相交替，为蛋白质提供了强度和弹性。如最近报道的，许多形式，其中再生丝素蛋白能够被处理成高蛋白质浓度和分子量，使得其对于几种高技术应用具有吸引力。蛋白质的结晶程度能够微调的，并且其影响材料的物理、生物化学、机械和生物学性质。另外，丝素蛋白的氨基酸本质带来了侧链化学成分的多样性，其允许在药物传递应用或提供细胞指导中有用大分子的合并和稳定。具体而言，通过调整蛋白质暴露在水蒸气或可食用极性溶剂(即，乙醇)中的时间(从几分钟到小时的范围)和温度(4-60℃)，能够获得具有模块化结晶度的丝素蛋白。丝素蛋白的结晶度稳定了疫苗和抗生素，消除了对冷链的需求。丝实际上被认为是生物材料制造中的平台技术，由于其强度和质量带来了所需的资源，以为最终构建提供了不同特征的组合(例如，纳米图案成形、生物化学功能)。再生丝心蛋白的处理通常涉及使用多种技术(例如，溶剂浇注、冷冻干燥、盐析，或声处理)，使丝心蛋白溶液的部分或全部脱水(1-15wt％的蛋白质含量)，以形成薄膜、海绵、凝胶、球体(微米或纳米尺寸)和泡沫。超过这些制造过程的基本原理是制备机械强度和生物化学性质相结合的强力材料。
在这一研究中，我们报道了丝素蛋白溶液作为用于易腐水果保存的涂层材料的用途。如图1在图片(a)中所示，如先前所述的获得的丝素蛋白溶液通过浸渍涂覆用于涂覆新采摘的草莓。参见D.Rockwood,R.Preda,T.Yucel,X.Wang,M.Lovett,D.Kaplan,NatureProtocols 2011,6,1612,其通过引用全部并入本文。
几种丝素蛋白溶液的特征在于，分子量和蛋白质浓度的变化已经得到了研究。另外，草莓暴露在多次浸渍涂覆步骤中已经得到了评估，以及真空下，水蒸气中涂覆水果的后处理(先前被描述为水退火过程)已经得到了研究，以探索涂层多晶型对水果稳定的影响。结果表明丝素蛋白通过缓慢水果呼吸、扩展水果坚度、防止脱水和防止微生物生长延长了易腐水果的新鲜度。
通过调节丝心蛋白提取期间的煮沸时间(即，30分钟)，将丝素蛋白的分子量设计在170-90kDa的范围内，并且将浸渍溶液中的蛋白质的浓度调整至1wt％，以获得具有类似于先前最优基于生物聚合物的涂层溶液之一的流变性质的最终溶液(即，粘度和表面张力)。参见C.Ribeiro,A.A.Vicente,J.A.Teixeira,C.Miranda,Postharvest Biology andTechnology 2007,44,63；A.Matsumoto,A.Lindsay,B.Abedian,D.L.Kaplan,Macromolecular Bioscience 2008,8,1006；其各自通过引用全部并入本文。以两阶段过程获得具有丝素蛋白的草莓涂层。在第一阶段中，多步浸渍涂覆过程(涂覆步骤的数量＝1、2和4)用于将草莓暴露在丝素蛋白溶液中。第二，在真空下，将丝素蛋白涂覆的水果暴露在水蒸气中(也就是说，水退火后处理)，以探索丝素蛋白多晶态对水果稳定的影响。参见X.Hu,K.Shmelev,L.Sun,E.-S.Gil,S.-H.Park,P.Cebe,D.L.Kaplan,Biomacromolecules 2011,12,1686，其通过引用全部并入本文。结果表明丝素蛋白通过缓慢水果呼吸、延长水果坚度、防止脱水和防止微生物生长延长了易腐水果的新鲜度。
材料和方法
丝素蛋白的再生
家蚕的茧用作丝心蛋白源。通过标准去胶过程，获得了丝素蛋白的提取，其涉及煮沸2.5g的碎丝茧/升的0.02M碳酸钠溶液(t＝30分钟)。随后在60℃的烘箱中将丝素蛋白溶解在9.3M的溴化锂中4小时。随后通过用Milli-Q水总共透析(3.5kDa MWCO)72小时除去离液盐，获得8％(w/v)的丝素蛋白溶液。随后在4℃的恒温下，通过9000rpm(～12,700g)的离心处理25分钟的时间，纯化了产生的丝素蛋白溶液。随后通过添加MilliQ水，调整丝素蛋白的最终浓度至5wt％。
草莓浸渍涂覆
在4℃下，将新鲜采摘的新英格兰本地草莓在60mm深的丝素蛋白溶液(1wt％)浸渍涂覆(康涅狄格南温莎的Dzen Brother农场)1、2和4次(即，D1、D2和D4)，保证草莓的整个表面和其花萼和副萼暴露在溶液中。每个浸渍步骤持续10秒，并且随后通过将草莓悬挂在花梗上，在22℃、38％RH下干燥4小时。
香蕉浸渍涂覆
从当地商店(马萨诸塞州德福德，全食公司(Whole Foods))获得的颜色为绿色的香蕉(Del Monte)，并且随后使用如前述的丝素蛋白浸渍涂覆。
涂层的结晶
根据先前发展的方案，在真空下，通过将涂覆的草莓暴露在水蒸气中(即，水退火)，获得了丝素蛋白涂层的结晶暴露时间设定为0秒、1小时、6小时，和12小时(也就是说，C0、C1、C6，和C12)。对于更长的水退火后处理，对应了丝素蛋白增加的结晶度，如先前所报道的。
草莓新鲜度的评估
在形态学和重量上评估了不同丝素蛋白涂层和水退火后处理对草莓新鲜度的影响。通过延时摄影，评估了草莓颜色、形状，和微生物群落形成的变化。在浸渍涂覆和第1、3、5和7天之后，使用标准实验室天平(Mettler Toledo MS204S)评估实验室中接受浆果的重量分析。按三次测量的平均值计算浆果的重量。
水和薄丝膜之间的相互作用
通过毛细芯吸的透镜、流体动力学的渗透率，和扩散行为，研究了丝素蛋白薄层丝膜与水之间的相互作用。在有和无重力压力的帮助下沿着薄膜的Z和XY轴，以及水平地观察丝薄膜芯吸行为的分析。将薄层丝膜部分暴露在若丹明6G(Rh6G)溶液中，其作为溶剂通过丝素蛋白膜的前期进展的比色指示剂。通过达西定律(Darcy’s Law)类的实验，评估了薄膜的流体动力学的渗透率。将丝素蛋白膜夹在两片丙烯酸树脂(acrylic)之间，用硅酮O型环防止渗漏，并且随后使用螺丝夹紧所有的边。沿着刻度，粘到丙烯酸树脂并使用硅酮密封剂密封的注射器在薄膜以上含4mL的水，并且收集从下部通过的水。使用保鲜膜密封边和顶部，以限制蒸汽的损失，并且在圆筒底部刺穿了少量的针孔，以避免形成(然而轻微的)任何真空。对薄膜以上的贮水池施加～500Pa的力，驱动水通过膜。认为水在丝膜中的扩散率在非晶聚合物系统中水传质的现有理论范围内。也是结晶丝膜的情况下，我们认为这一假设是合理的，由于丝素蛋白晶体拥有高度疏水、分子间交联的β-片层结构，其将限制通过蛋白质非晶区域的水扩散率。跨丝素蛋白膜转运的水将进入费克(Fickian)范围或者非费克(non-Fickian)范围的一个中，这取决于水扩散率和聚合物基质应力松弛之间的相对时间尺度。Peppas等已经发展了非晶聚合物的普遍的扩散表达：
M t M &infin; = kt n - - - ( 1 )
其中Mt代表在时间t的吸水质量，M∞代表随着时间接近无限的吸水质量并且k和n是拟合参数。具体而言，可以利用指数n的值识别检验条件下传质的范围。在1cm2的面积下，根据上述的条件制备膜。在称重之前，将每个干燥丝素蛋白膜(约的厚度)静置过夜，以与周围环境(～22℃、～38％RH)平衡。随后，通过轻柔吸取除去过量水后，将丝素蛋白膜沉浸在Milli-Q水中1小时，以允许再溶胀和再增重。这被认为是Mt＝0。随后在下一小时每隔1分钟测试一次，直到薄膜再次与周围干燥的环境平衡，回到其原始的质量。在实际上，Mt以Mt-Mt＝0计算，而M∞以Mt＝1h–Mt＝0计算。
丝素蛋白中氧扩散率的测量。
使用传统的扩散系统-Microx TX3微传感器量氧计(Microx TX3MicrosensorOxygen Meter)(德国Presens公司(Presens,Germany))测量增加的结晶度(C1、C6，和C12)丝素蛋白薄膜(n＝5)中的有效氧扩散系数，该量氧计装备有Oxygen Microptode(德国Presens公司)和密封的PermeGear、水套气体腔室，如先前所述。参见，J.E.Valentin,D.O.Freytes,J.M.Grasman,C.Pesyna,J.Freund,T.W.Gilbert,S.F.Badylak,Journal ofBiomedical Materials Research Part A2009,91A,1010；C.Androjna,J.E.Gatica,J.M.Belovich,K.A.Derwin,Tissue Engineering Part A2008,14,559，其内容通过引用全部并入本文。系统由目标丝薄膜分开的两个分室组成，该分室含有已知的(测量的)氧浓度。在两个腔室之间的开口具有2.75cm2的面积。使用测微计测量丝素蛋白薄膜厚度(n＝7)。在使用之前，根据制造商方案，使用无氧环境(亚硫酸钠)和空气饱和环境(水蒸气)进行两点校准。初始和最终氧浓度读数的平均值用于扩散率数据的分析。每隔10分钟测量氧浓度，并且连续检验每个丝素蛋白薄膜3次。
如先前所报告，计算有效氧扩散系数。参见，J.E.Valentin,D.O.Freytes,J.M.Grasman,C.Pesyna,J.Freund,T.W.Gilbert,S.F.Badylak,Journal of BiomedicalMaterials Research Part A 2009,91A,1010；C.Androjna,J.E.Gatica,J.M.Belovich,K.A.Derwin,Tissue Engineering Part A 2008,14,559，其内容通过引用全部并入本文。简单地说，假设：(i)在扩散系统中充分混合的流体，(ii)不消耗氧，(iii)穿过所检验丝薄膜的线性氧浓度和(iv)瞬时稳定状态，可以应用费克定律推导出以下的方程式：
ln ( C D - C R C D - C R 0 ) &CenterDot; ( 1 - &beta; ) = D &prime; t - - - ( 2 )
&beta; = A z ( 1 V R ) t - - - ( 3 )
其中D’是系统扩散因子(其依赖于有效丝薄膜氧扩散系数De,M并且依赖于基线体积扩散因子DB)，t是时间，β是有效膜特征几何常数，A是发生扩散通过的面积，z是检验膜的厚度，VR是受体腔室的体积，CD是供体腔室中溶解氧的浓度，CR是在时间t时受体腔室中溶解氧的浓度；以及CR0是在t＝0时的受体腔室中溶解氧的浓度(在t＝0时，CR＝CR0)。通过取代具有不透氧阻隔物(即，橡胶塞)的氧丝薄膜样品，确定了基线体积扩散因子(DB)。由于假设在这种情况下，De,M＝0，则方程式(2)变成：
l n ( C D - C R C D - C R 0 ) = D B V R t - - - ( 4 )
则有效丝薄膜氧扩散系数De,M被计算为：
D e , M = 1 &beta; ( D &prime; - D B V R ) - - - ( 5 )
草莓呼吸速率的测量
遵循先前公开的方法，以测量草莓的呼吸速率。简单地说，将草莓样品(大约100g，n＝3)放置在1L的密封玻璃罐中，该玻璃罐在盖中具有隔膜，以用于在36小时的时间内在不同的取样时间进行气体取样。将罐贮藏在22℃和RH＝38％环境温度下。使用针形探针，前5小时每30分钟进行气体取样，直到第12小时每90分钟进行气体取样，且剩余24小时每180分钟进行气体取样。对于每个涂层处理，进行三次平行测量。通过使用以下方程式计算呼吸速率：
其中m是草莓的质量，V顶部空间是密封罐的空体积[ml]，ΔCO2是CO2的初始和最终浓度的差，以及t是取样时间[min]。
草莓坚度的测量。
在22℃和RH＝38％下，使用装备10N测压元件的Instron单轴系统，通过刺破检验，测量了丝素蛋白未涂覆和涂覆草莓的坚度。作为贮藏时间(作为原样，第1、3和7天)和丝素蛋白结晶度的函数评估草莓坚度。根据先前报告的方案，进行检验。参见，E.Velickova,E.Winkelhausen,S.Kuzmanova,V.D.Alves,M.-Martins,LWT-Food Science andTechnology 2013,52,80，其内容通过引用全部并入本文。简单地说，5mm直径的具有平头的不锈钢棒用作探针，以刺穿所分析的草莓。将最大刺穿力(N)定义为在1mm/s的十字头速度下推探针进入草莓(n＝5)至8mm深度所需要的最大力。
实施例1
结果和讨论
延时摄影
作为涂覆步骤的函数和丝素蛋白结晶度的函数评估丝素蛋白涂层在保存草莓新鲜度中的效力。图1中呈现的是代表草莓老化的外部分析，其作为浸渍涂覆步骤的函数和丝多晶型的函数。增加的涂覆步骤和增加的丝素蛋白结晶度(即，更长的水退火过程)对应于草莓组织的延长保存，其通过原红色遮盖的时间依赖性降低以及原形态学的维持是可见的。另外，增加的涂覆步骤和增加的丝素蛋白结晶度导致微生物生长的下调，其通过降低的真菌和霉菌腐烂是可见的。如图2所示，通过对草莓新鲜的时间依赖性腐烂的研究，也证实了这一情况。丝素蛋白涂层的较高结晶度对应于所考虑的时间点中内部组织提高的保存。
脱水的测量
草莓的脱水指示了红色囊托组织的分解，导致没有香味、微生物腐烂、膨压损失和水蒸发。图3显示了草莓的时间依赖性重量损失作为浸渍涂覆的函数和丝素蛋白结晶度的函数。使用Tukey平均值分析的双因素ANOVA检验以用于评估数据。丝结晶度而不是涂覆步骤的数量影响了所考虑的草莓的脱水未涂覆对照在所考虑的7天中失去了它们原始重量的约50wt％(在红色矩形内突出显示)。与对照相比较，在第3天，非晶丝涂覆草莓(DxC0–蓝色矩形内)保持更多的水(p<0.05)。与非晶涂层(p<0.05)和对照(p<0.05)相比较，结晶丝涂覆的草莓进一步减缓了水果的失水，但是对于水退火的不同时间没有发现统计学差异(p>0.05)。
丝素蛋白薄膜和水的相互作用
为了研究水果通过薄层丝素蛋白涂层脱水的现象，已经研究了丝素蛋白薄层膜和水之间的相互作用。具体而言，探索了芯吸、流体动力学的渗透率和水渗透率现象。图4显示了水和薄层丝素蛋白膜之间的相互作用。对于芯吸的研究，丝素蛋白结晶膜(厚度＝130μm)显示染色水在Z和XY方向中的芯吸，该芯吸表明水通过丝素蛋白薄结构的毛细血管扩散。对流体动力学的渗透率的研究显示在丝素蛋白结晶度对水渗透没有统计学上相关的影响(p>0.05)(根据使用Tukey平均值分析的单因素ANOVA检验)。对水扩散率的研究揭示了丝膜结晶度轻微影响水通过丝的传质(根据使用Tukey平均值分析的单因素ANOVA检验)。下表1报道了计算的传质实验扩散系数。
K n D(cm2/s)
C1 0.25±0.048 0.42±0.04 5.79x 10-6
C6 0.19 0.48±0.03 3.21x 10-6
C12 0.16 0.55±0.02 1.05x 10-6
表1：传质实验的扩散系数
通过丝素蛋白膜的气体渗透率
通过丝素蛋白膜的气体扩散率在水果保存中具有主要作用，由于气体在水果茎干细胞新陈代谢中具有主要的作用(例如，氧)，气体是其新陈代谢的副产物(例如，二氧化碳)并且气体作为生长因子(例如，跃变型水果中的乙烯)。为了评估丝素蛋白涂层作为气体阻隔物的效力，我们测量了通过增加结晶度的丝膜(t＝80μm)的氧扩散率。具体而言，发现丝素蛋白的有效氧扩散系数通过蛋白质结晶度而被调整(表2)。
下表2概述了计算的丝素蛋白膜有效氧扩散系数的变化，通过变化时间段的水退火(例如1-24小时)，诱导结晶前(“退火前”)和结晶后(“退火后”)。例如，当主要丝素蛋白的非晶形式经受水退火24小时后产生了丝的结晶形式时，通过两个数量级减小了氧有效扩散系数。在这一特定实施方案中，水退火丝素蛋白的结晶度是约55％。
丝素蛋白的气体扩散系数表现为显著低于通常在食品工业中所使用的可食用蜡，表明基于丝素蛋白的涂层对气体转运诸如氧提供了有效的阻隔物。
表2：用于气体转运实验的计算的有效膜O2扩散系数和O2渗透率(N＝3，RH＝30％)
丝素蛋白作为跃变型水果的涂层
通过产生乙烯和增加细胞呼吸而成熟的水果被称之为跃变型。跃变型水果的实例是苹果、香蕉、番茄，而浆果和葡萄是非跃变型水果。跃变型事件与水果颜色的变化和细胞外隙中糖的产生相关。评估了丝基跃变型水果涂层的效力，香蕉非涂覆和涂覆丝素蛋白的成熟。图5显示了具有和不具有丝涂层的香蕉成熟的评估。香蕉作为原样(对照)和使用非晶或结晶丝素蛋白薄膜涂覆之后的香蕉(丝涂覆的)在22℃和38％RH下贮藏。在整个实验中，香蕉悬挂在它们各自的茎干上。香蕉成熟的延时摄影表明丝涂层降低了成熟速率。用于涂覆跃变型水果的丝心蛋白结构(即，非晶或结晶)不会影响水果的成熟(未示出数据)。丝涂覆香蕉膨胀度的研究显示了在涂覆第9天后，当与未涂覆对照相比较，涂层增加了水果的坚度。另外，在丝涂覆处理后的第9天，非涂覆和涂覆香蕉的新鲜的形态分析揭示了当应用丝涂层时更好地保存水果。非涂覆香蕉的果肉呈现棕色，而丝涂覆的水果保存了脂肉，其表明在丝涂覆样品内减少的成熟速率。
实施例2
结果和讨论
丝素蛋白作为涂层保存草莓的新鲜度。
作为浸渍涂覆过程数量的函数研究丝素蛋白涂层的厚度。通过如下表3所示的浸渍涂覆步骤的数量，丝素蛋白涂层的厚度在27-35μm的范围内没有受到统计学上显著的影响(p>0.05)。基于ATR-FTIR光谱分析所收集的酰胺III吸收峰中的β-片层结构的定量分析，使用先前报告的形态学计算丝素蛋白涂层的结晶度，并研究作为暴露在水退火后处理中的时间的函数。反过来，如表3所示，通过增加β-片层结构的数量从23.2％(未处理的涂层)至58.4％(暴露于水蒸气12小时的涂层)，水退火后处理强烈影响了丝心蛋白涂层的性质。
表3：可食用丝纤心蛋白涂层厚度和结晶度的表征
结晶紫染料被用于使丝素蛋白涂层着色。图7在图片(b)处显示了涂覆分别存在于图片(b)ii和图片(b)iii中的非晶和晶体丝素蛋白可食用涂层的着色草莓的代表性目视图像。结晶紫着色在涂覆草莓的表面几乎是不可见的(黑点)，这是由于涂层的几微米厚度。此外，图7在图片(c)处显示了结晶紫着色草莓的表面和横截面的立体显微方法，当与未涂覆对照相比较时，该草莓涂覆的非晶和结晶丝素蛋白在水果外观上显示没有变化。作为涂覆步骤的函数和丝素蛋白结晶度的函数评估丝素蛋白涂层在保存草莓新鲜度中的效力评估。图8显示了使用可食用丝素蛋白涂层涂覆的草莓的成熟和重量损失。图8在图片(a)处显示了代表性草莓老化的外部和内部分析作为浸渍涂覆步骤的函数和丝结晶度的函数。增加的涂覆步骤和增加的丝素蛋白结晶度(即，更长的水退火过程)对应于草莓组织的延长保存，其通过原红色遮盖的时间依赖性降低以及原形态学的维持是可见的。另外，增加的涂覆步骤和增加的丝素蛋白结晶度导致微生物生长的下调，其通过降低的真菌和霉菌腐烂是可见的。通过草莓新鲜的时间依赖性腐烂的研究，也证实了这一情况。丝素蛋白涂层的较高结晶度对应所考虑的时间点中内部组织提高的保存。
脱水的测量。
草莓的脱水指示了红色囊托组织的分解，导致没有香味、微生物腐烂、膨压损失和水蒸发。图8在图片(b)处显示了草莓的时间依赖性重量损失作为浸渍涂覆的函数和丝素蛋白结晶度的函数。使用Tukey平均值分析的双因素ANOVA检验以用于评估数据。丝结晶度而不是涂覆步骤的数量影响了所考虑草莓的脱水。未涂覆对照在所考虑的14天中失去了它们原始重量的约70wt％。与第3天的对照相比较，涂覆非晶丝的草莓(DxC0)保持了更多的水(p<0.05)。与非晶涂层(p<0.05)和对照(p<0.05)相比较，涂覆有结晶丝涂层的草莓还减缓了水果失水，但是对于水退火处理的不同时间没有发现统计学差异(p>0.05)。
丝素蛋白薄层膜和水之间的相互作用。
为了研究水果通过薄层丝素蛋白涂层脱水的现象，已经研究了丝素蛋白薄层膜和水之间的相互作用。具体而言，图9显示了丝素蛋白薄膜中水和氧的渗透率和扩散率作为蛋白质结晶度和其对于可食用涂层质量影响的函数。探索了流体动力学的渗透率(在图片(a)中所示的)和水扩散现象(在图片(b)中所示的)。对流体动力学的渗透率的研究显示在丝素蛋白结晶度对水渗透没有统计学上相关的影响(p>0.05)(根据使用Tukey平均值分析的单因素ANOVA检验)。对水扩散率的研究揭示了丝膜结晶度轻微影响水通过丝的传质(根据使用Tukey平均值分析的单因素ANOVA检验)。在表4中，以下报告了用于传质实验的计算的扩散系数。k和n是拟合参数，而D是扩散系数。
表4：用于传质实验的计算的水扩散系数
通过丝膜的气体扩散率
通过丝素蛋白膜的气体扩散率在水果保存中具有主要作用，由于气体在水果茎干细胞新陈代谢中具有主要的作用(即，氧)，气体是其新陈代谢的副产物(即，二氧化碳)并且气体作为生长因子(即，跃变型水果中的乙烯)。评估丝素蛋白涂层作为气体阻隔物的效力。图9在图片(c)处和下表5显示了测量的氧通过增加结晶度的丝膜(t＝70-80μm)的扩散率。具体而言，发现丝素蛋白的有效氧扩散系数通过蛋白质结晶度而被调整，如在非晶和58.4％结晶丝(12小时的水退火)之间计算了氧有效扩散系数中两个数量级的减小。
表5：对于气体转运实验的计算的有效丝素蛋白O2扩散系数
丝素蛋白涂覆草莓中的呼吸速率
呼吸速率是评估水果中存在茎干细胞新陈代谢活性的重要参数。呼吸速率越高，新陈代谢活性越高，并且水果腐烂越快。图9在图片(d)处显示了作为涂层结晶度的函数测量的丝涂覆草莓的呼吸速率。更高的结晶度对应产生CO2的统计学显著的减小(p<0.05)，其表明水果呼吸速率的减小。显而易见的是，由于丝多晶型影响了气体如CO2和O2的渗透率，可食用丝素蛋白涂层的结晶度控制了草莓和环境之间的气体交换。
丝素蛋白涂覆的草莓中的坚度。
图9在图片(e)处显示了刺穿(或穿透)检验用于评估作为贮藏时间和涂层结晶度的函数测量的丝涂层对草莓坚度的影响。当草莓自然腐烂导致水果坚度减小时，在刺穿水果所需的力中，随着时间依赖性减小的测量(p<0.05)，涂层结晶度中的增加对应于在第3天和第7天水果新鲜度腐烂的统计学显著延迟。
丝素蛋白作为跃变型水果的涂层
通过产生乙烯和增加细胞呼吸而成熟的水果被称之为跃变型。跃变型水果的实例是苹果、香蕉、番茄，而浆果和葡萄是非跃变型水果。跃变型事件与水果颜色的变化和细胞外隙中糖的产生相关。图10显示了评估：丝基跃变型水果涂层的效力，香蕉非涂覆和涂覆丝素蛋白的成熟。水果作为原样(无涂层)和使用结晶丝素蛋白薄膜涂覆之后的水果(结晶涂层)在22℃和38％RH下贮藏。在整个实验中，香蕉悬挂在它们各自的茎干上。香蕉成熟的延时摄影表明丝涂层降低了成熟速率。用于涂覆跃变型水果的丝心蛋白结构(即，非晶或结晶)不会影响水果的成熟(未示出数据)。在涂覆后的第9天，当与未涂覆对照对照时，丝涂覆香蕉的膨胀度研究显示涂层增加了水果的新鲜度。另外，在丝涂覆处理后的第9天，非涂覆和涂覆香蕉的新鲜的形态分析揭示了当应用丝涂层时更好地保存水果。非涂覆香蕉的果肉呈现棕色，而丝涂覆的水果保存了脂肉，其表明在丝涂覆样品内减少的成熟速率。
丝素蛋白是提高易腐食品新鲜度的有效涂层。丝多晶型可以用于设计涂层的性质，影响丝素蛋白与水蒸发之间的相互作用以及微生物驱动的食品腐烂。
结论
丝素蛋白是提高易腐食品新鲜度的有效涂层。丝多晶型可以用于设计涂层的性质，影响丝素蛋白与水蒸发之间的相互作用以及微生物驱动的食品腐烂。
其它实施方案和等同例
尽管本公开已经明确讨论了某些特定实施方案和本公开的实施例，但是本领域技术人员将会理解本发明并不意味着限制此类实施方案或实施例。相反，本公开包含此类特定实施方案和/或实施例的各种替换、修改，和等同例，这很容易被本领域技术人员所理解。
因此，例如，方法和表格不应该被理解为限制具体所述顺序或元素，除非内容另外明确指明或所要求(例如，其它不实用的)。此外，具体元素的不同特征，可以在不同实施方案中是实例性的，也可以在相同实施方案中彼此相结合。

Claims (54)

1.一种产品，其包括易腐品和涂层，
其中所述易腐产品的至少一部分与所述涂层的至少一部分接触；
其中所述涂层包括具有至少65％的整体疏水性的两亲性多肽，从而所述两亲性多肽的氨基酸残基的至少65％是疏水性氨基酸残基。
2.如权利要求1所述的产品，
其中所述两亲性多肽包括非晶部分和结晶部分。
3.如权利要求2所述的产品，
其中所述非晶部分对应于无规卷曲结构，和
其中所述结晶部分对应于β-片层结构。
4.如权利要求2或3所述的产品，
其中所述结晶部分是或包括蛋白质或其衍生物的结构域，所述结构域形成β-片层结构。
5.如权利要求4所述的产品，
其中所述蛋白质选自：
丝心蛋白、肌动蛋白、胶原蛋白、连环蛋白、密封蛋白、螺旋蛋白、弹性蛋白、弹力纤蛋白、伸展蛋白、原纤蛋白、核纤层蛋白、层粘连蛋白、角蛋白、管蛋白、病毒结构蛋白、玉米醇溶蛋白(种子储藏蛋白)和其任何组合。
6.如权利要求1-5中任一项所述的产品，
其中所述两亲性多肽包括氨基酸序列基序GAGAGS(SEQ ID NO:1)。
7.如权利要求6所述的产品，
其中所述多肽包括多个GAGAGS重复。
8.如权利要求1-7中任一项所述的产品，
其中所述两亲性多肽的氨基酸的至少65％在所述结晶部分中。
9.如权利要求1-8中任一项所述的产品，
其中所述涂层包括所述两亲性多肽的层。
10.如权利要求1-9中任一项所述的产品，
其中所述易腐品的至少一个表面与所述涂层直接接触。
11.如权利要求1-10中任一项所述的产品，
其中所述易腐产品的整个表面与所述涂层直接接触。
12.如权利要求1-11中任一项所述的产品，
其中所述涂层包括所述两亲性生物聚合物的多个层。
13.如权利要求1-12中任一项所述的产品，
其中所述涂层具有范围在约0.1μm和约1mm之间的厚度。
14.如权利要求1-13中任一项所述的产品，
其中所述涂层具有小于10-6cm2/s的水扩散率。
15.如权利要求1-14中任一项所述的产品，
其中所述涂层具有范围在约10-6cm2/s和约10-9cm2/s之间的水扩散率。
16.如权利要求1-15中任一项所述的产品，
其中所述涂层提供小于10-10[(mlO2·cm)/(cm·s·mmHg)]的氧渗透系数(DkO2)。
17.如权利要求1-16中任一项所述的产品，
其中所述涂层提供范围在约10-10和约10-13[(mlO2·cm)/(cm·s·mmHg)]之间的氧渗透系数(DkO2)。
18.如权利要求1-17中任一项所述的产品，
其中所述涂层是透明的。
19.如权利要求1-18中任一项所述的产品，
其中所述涂层是可食用的。
20.如权利要求1-19中任一项所述的产品，
其中所述涂层是水溶性的。
21.如权利要求1-20中任一项所述的产品，
其中所述涂层是包装材料。
22.如权利要求1-21中任一项所述的产品，
其中所述涂层还包括添加剂。
23.如权利要求22所述的产品，
其中所述添加剂选自：
抗微生物剂，诸如抗细菌剂和抗真菌剂；酶抑制剂；乙烯捕获/结合分子，诸如乙烯受体的乙烯结合结构域；乙烯吸收物质，诸如铝硅酸盐(例如，沸石)，基于丝素蛋白的气凝胶，氧化剂诸如高锰酸钾；乙烯受体拮抗剂；卟啉；激素，激素受体激动剂以及其拮抗剂；营养剂(膳食补充剂诸如：维生素、抗氧化剂、脂肪酸等)；调料和其它添加改进味道的化合物，诸如糖；香料或香精、着色剂、染料，和其任意组合。
24.如权利要求1-23中任一项所述的产品，
其中所述易腐品容易受到腐烂或发酵的影响。
25.如权利要求24所述的产品，
其中所述腐烂或发酵由真菌(例如，霉菌)、细菌或其组合所致。
26.如权利要求1-25中任一项所述的产品，
其中所述易腐品容易受到褪色的影响。
27.如权利要求1-26中任一项所述的产品，
其中所述易腐品容易受到氧化的影响。
28.如权利要求1-27中任一项所述的产品，
其中所述易腐品容易受到光降解的影响。
29.如权利要求1-28中任一项所述的产品，
其中所述易腐品是乙烯敏感的。
30.如权利要求1-29中任一项所述的产品，
其中所述易腐品释放乙烯。
31.如权利要求1-30中任一项所述的产品，
其中所述易腐品是农产品(水果和蔬菜)、肉制品、熟食制品、奶制品、种子、谷物、加工食品、蒸馏饮料、非蒸馏饮料、植物、鲜花，或其任意组合。
32.如权利要求1-31中任一项所述的产品，
其中所述涂层不含有附加的增塑剂。
33.如权利要求1-32中任一项所述的具有保护涂层的产品，
其中所述两亲性多肽是丝素蛋白。
34.如权利要求33所述的产品，
其中所述丝素蛋白是高分子量丝素蛋白、低分子量丝素蛋白，或其组合。
35.一种保存易腐产品的方法，所述方法包括步骤：
i)提供易腐品；
ii)将涂层添加至所述易腐品上以提供包括具有所述涂层的所述易腐品的产品，其特征在于，所述易腐品的至少一部分与所述涂层的至少一部分直接接触，其中所述涂层包括一层或多层两亲性生物聚合物；
iii)与没有所述涂层的易腐品在同样的贮藏条件下相比较，在贮藏条件下贮藏所述产品，从而所述易腐品得到保存。
36.如权利要求35所述的方法，
其中所述两亲性生物聚合物是包括β-片层二级结构的疏水性多肽。
37.如权利要求35或36所述的方法，
其中所述疏水性多肽是或包括丝素蛋白或其片段。
38.如权利要求35-37中任一项所述的方法，
其中所述丝素蛋白是高分子量丝素蛋白、低分子量丝素蛋白，或其组合。
39.如权利要求35-38中任一项所述的方法，
其中所述步骤(ii)包括浸渍涂覆、喷雾涂覆、粉末涂覆、包裹、密封、覆盖、分层，或其任意组合。
40.如权利要求39所述的方法，
其中所述步骤重复2-30次。
41.如权利要求39所述的方法，
其中所述步骤重复2-10次。
42.如权利要求35-41中任一项所述的方法，
还包括退火、交联，或其组合的步骤。
43.如权利要求42所述的方法，
其中所述退火包括在所述生物聚合物中诱导β-片层形成。
44.如权利要求43所述的方法，
其中所述β-片层形成通过添加有机溶剂来诱导。
45.如权利要求44所述的方法，
其中所述有机溶剂是或包括甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇，或其组合。
46.如权利要求42所述的方法，
其中所述退火或交联的步骤包括将所述疏水性多肽暴露于高能量源。
47.如权利要求46所述的方法，
其中所述将所述多肽暴露于高能量源的步骤包括辐照。
48.如权利要求46所述的方法，
其中所述高能量源包括电子束、光子、离子辐射、核辐射，或其组合。
49.如权利要求43所述的方法，
其中所述β片层形成是通过水退火来诱导的。
50.如权利要求49所述的方法，
其中在真空下使用水蒸气进行所述的水退火。
51.如权利要求35-50中任一项所述的方法，
其中所述贮藏条件包括冷冻。
52.如权利要求35-51中任一项所述的方法，
其中所述贮藏条件包括室温或环境温度贮藏。
53.如权利要求35-52中任一项所述的方法，
其中所述贮藏条件包括贮藏1天至1年的时间。
54.如权利要求35-53中任一项所述的方法，
其中对所述易腐品进行保存，使得所述易腐品保留选自以下的一种或多种性质：
水含量、颜色、重量、形状、质地、结构完整度、味道、香味、气味。
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