由纤维素制备的材料替代石油基塑料，不仅可以减少石油基塑料制品对环境的污染，还可以消除微塑料对人体健康的潜在危害。然而由传统工艺利用纤维素制备的膜材料，需要经过复杂的物理和化学处理，能耗大、使用多种有害试剂、操作繁琐。Komagataeibater sucrofermentans利用葡萄糖静态发酵直接在气液界面生产的细菌纤维素是一种重要的膜材料，它具有高纯度、可再生以及良好的降解性等优势，是可持续替塑产品的最佳候选材料。实际上，在传统的细菌纤维素膜静态发酵过程中，细菌会聚集，从而导致合成的膜不均匀，限制了其作为替塑材料的进一步应用。研究发现，通过在接种前用纤维素酶处理K. sucrofermentans减少细菌的局部聚集，可合成均匀的细菌纤维素膜，但由于其操作复杂且成本昂贵，不适于大规模应用。

近日，本研究组提出了一种凝胶辅助生物合成策略（图1），解决了传统发酵过程中K. sucrofermentans聚集的问题,获得了均匀的细菌纤维素膜。随后，通过原位喷雾生物合成技术增加功能层。所提出的方法利用了凝胶辅助生物合成过程中细菌的主动扩散和纳米级自组装的优势，制备了具有出色阻隔能力（1.76 g·mm·m^-2·d^-1·KPa^-1, RH 75%）、机械性能（抗拉强度462 MPa）和抗菌活性（金黄色葡萄球菌，大肠杆菌抑制率>90%）的细菌纤维素多层膜。最后，我们选取草莓来验证其作为食品包装的适用性（图2）。结果表明细菌纤维素多层膜优异的阻隔能力和抗菌活性有效保护了食品免受水分流失和细菌的侵害，从而延长贮藏时间，在食品包装领域有巨大的应用潜力。

在本研究中使用凝胶辅助生物合成策略生产的细菌纤维素多层膜已被证明可作为塑料食品包装的有效替代品，用以解决人们对食品安全、公众健康和可持续发展日益关注的问题。本文的通讯作者为中国科学院青岛生物能源与过程研究所张海波研究员、王磊副研究员和广西大学黎庆涛教授。上述工作得到了国家自然科学基金项目、山东省自然科学基金项目、山东能源院科研创新基金项目、泰山学者青年基金项目、中国科学院青年创新促进会项目的资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.3c10563