近日，南京农业大学食品科技学院李岫峰副教授联合江南大学、瓦赫宁根大学、阿姆斯特丹大学、香港大学等多家国内外科研机构，在《Nature Communications》上发表了题为“Silk-Inspired Design and Manufacturing of Robust Plantymers”的研究论文。该工作研发的“Plantymers”生物塑料以植物蛋白为原料，展现出媲美石化塑料强度的同时，兼具自然降解能力，有望在肉品、水果等食品包装中作为一次性塑料的绿色替代材料。

传统石化塑料以优越的材料性能广泛应用于食品包装等生活的方方面面，但其生产与废弃过程会加剧气候变化、破坏生态安全，微塑料的释放和富集更是对人类自身健康构成潜在威胁。目前，联合国环境规划署已将塑料污染列为全球重大环境问题，在我国积极推动经济社会发展全面绿色转型与“双碳”目标的背景下，开发真正绿色、可自然降解的塑料替代材料已是迫在眉睫。

尽管利用植物生产生物塑料的想法并不新鲜，但让材料同时兼顾高强度、防水性与完全自然降解能力，一直是该领域难以攻克的难题。该研究开发的“Plantymers”制造路径打破了这一瓶颈，原则上可适用于多种生物基高分子。在示范中，团队首先选用了玉米淀粉及生物乙醇生产中的大宗副产品——玉米醇溶蛋白作为原料。如图1所示，研究人员将原料溶解于乙醇-水混合溶液中，通过精准调控使其发生相分离，自发形成富含蛋白质的小液滴（即“凝聚相”）。随后，该凝聚相通过温和的纺丝或刮涂工艺干燥成型。在此过程中，剪切力会诱导蛋白肽链由松弛的弹簧状（α-螺旋）转变为扁平的折叠状（β-折叠），这些分子链彼此紧密交错，无需任何化学交联剂即可在分子水平上构建起坚固的三维网络。这种受“蛛丝”物理自组装启发的精妙结构，赋予了该生物塑料出色的机械性能，其拉伸强度不仅超越了常用的聚乙烯等石化塑料，更展示出替代传统包装材料的广阔应用前景。

图 1：从原料玉米到“Plantymers”生物塑料的制备工艺流程示意图。

针对许多生物塑料遇水易丧失性能的行业瓶颈，得益于玉米醇溶蛋白的天然疏水性，“Plantymers”薄膜在浸水一小时后的吸水率仅为自身重量的25%，相比之下，普通大豆基塑料的吸水率高达约175%，虽然该薄膜的阻水性能与吸水率低于0.1%的传统PET塑料相比仍有差距，但其在植物基材料领域已表现出显著的耐水优势。在部分物理性能上，此类新型生物塑料现阶段尚无法全面媲美传统石油基塑料，但解决塑料污染的关键并不在于盲目追求材料性能的极致，而在于寻找实用性能与环境负荷的合理平衡。更为重要的是，“Plantymers”可在四周内于自然环境中实现完全生物降解，且不产生任何微塑料残留，其降解产物甚至能转化为有机养分以提升土壤肥力；与之形成对比的是，目前广泛应用的聚乳酸（PLA）等生物塑料在自然环境中仍难以降解，高度依赖严苛的工业堆肥条件。

凭借上述优异性能，“Plantymers”在制备一次性餐具、盘类器皿、吸管及各类食品包装材料（图2）方面展现出广阔的应用前景，有望在消费端实现对一次性塑料的绿色替代。尽管该材料的规模化生产目前仍处于早期探索阶段，但研究团队已在实验室条件下成功制备出约一平方米的连续薄膜，初步验证了其工业化放大的技术可行性。下一步，研究团队将继续探索利用食品与农业废弃物中的其他蛋白质原料，开发更多样化的生物基高分子，以期不断拓宽该可持续塑料替代品的应用场景，为推动社会向循环经济绿色转型提供坚实的技术支撑。

图2. “Plantymers”生物塑料包装袋在香蕉保鲜中的应用及与无保护对照组的对比效果。

南京农业大学食品科技学院李岫峰副教授和江南大学化学与材料工程学院东为富教授为该论文的共同通讯作者，江南大学化学与材料工程学院博士研究生王艺杰（现江南大学食品院博士后）为第一作者。江南大学李婷、张悦以及瓦赫宁根大学陈畅（现剑桥大学博士后）、王启蒙参与了部分实验工作；香港大学陈飞鹏（现美国西北大学博士后）、郭伟助理教授（现深圳大学助理教授）、岑浩璋教授（现香港城市大学副校长），南京农业大学李春保教授，阿姆斯特丹大学Joshua A. Dijksman副教授，以及瓦赫宁根大学Siddharth Deshpande助理教授、Jasper van der Gucht教授、Renko de Vries副教授等为本研究提供了宝贵的意见与讨论。该研究得到了国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-72645-9