基于纖維素的食品包裝材料的研究進(jìn)展

趙冬梅，初小宇，張 勇，魏麗娜，賈連瑩，劉 宇

（黑龍江東方學(xué)院食品與環(huán)境工程學(xué)部，黑龍江哈爾濱 150066）

食品包裝作為食品產(chǎn)業(yè)鏈的一個安全保障環(huán)節(jié)，已經(jīng)成為現(xiàn)代社會中食品的組成部分，為食品的儲存和運(yùn)輸保駕護(hù)航[1?2]。有材料統(tǒng)計：人的一生中大約會吃掉75 t食物，這75 t食物的“外衣”，是共計8.5 t左右的食品包裝[3]。隨著包裝廢棄物數(shù)量的增加，廢棄物處理費(fèi)用不斷上升，加大對包裝廢棄物的循環(huán)再生力度是大勢所趨。以降低對環(huán)境的污染、減少資源消耗為目標(biāo)，盡快實(shí)現(xiàn)食品綠色包裝勢在必行，而實(shí)現(xiàn)綠色食品包裝最主要的途徑是使用綠色包裝材料[4?5]。中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的綠色食品包裝通用準(zhǔn)則（NY/T 658-2015）要求綠色食品包裝材料應(yīng)該符合4R1D的設(shè)計原則，即減量化（reduce）、可重復(fù)使用（reuse）、可回收利用（recycle）、可再生（recover）、可降解（degradable）等。

纖維素具有可生物降解、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被制成許多功能材料應(yīng)用在諸多領(lǐng)域，其中，作為環(huán)境友好材料應(yīng)用于食品包裝備受青睞。纖維素是自然界中最為豐富的可再生資源，每年通過光合作用可合成約1.5×1012t，占植物界碳含量的50%以上。近年來隨著石油、煤炭儲量的下降以及石油價格的飛速增長和各國對環(huán)境污染問題日益關(guān)注，纖維素這種可持續(xù)發(fā)展的再生資源的應(yīng)用愈來愈受到重視，能否充分利用這些豐富的可再生原料，是解決未來能源和環(huán)境問題的一個關(guān)鍵因素。但由于纖維素粉末有很大的比表面積，表面含有大量羥基，容易吸水，限制了其在食品包裝中的應(yīng)用[6]，因此，纖維素提取后的改性成為其作為食品包裝材料的研究熱點(diǎn)。

目前纖維素提取物在食品包裝中的應(yīng)用已有報道，包括來源于木材、棉花、棉短絨、麥草、稻草、蘆葦、麻、桑皮、楮皮和甘蔗渣等的纖維素提取物的應(yīng)用。據(jù)Web of Science統(tǒng)計，近年來不同國家關(guān)于纖維素基食品包裝材料所發(fā)表的論文數(shù)量如圖所示（圖1、圖2），逐年遞增的趨勢以及不同國家的相關(guān)研究成果充分證明纖維素基食品包裝材料越來越受到重視，尤其在發(fā)達(dá)國家，食品安全和環(huán)保衛(wèi)生要求較高，可降解的食品包裝材料日益廣泛，中國居第一位，可見我國對纖維素的研究和應(yīng)用較多。纖維素在食品包裝材料中提升了材料的力學(xué)強(qiáng)度、阻隔性、抗菌性、可完全降解性等性能，若選擇適當(dāng)?shù)闹苽浞椒ê秃侠淼慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計，纖維素基食品包裝材料的應(yīng)用將會越來越廣泛。本文通過綜述基于纖維素提取物的食品包裝材料的制備和性能相關(guān)的文獻(xiàn)，概述了纖維素、微纖維纖維素、細(xì)菌纖維素等近幾年在食品包裝領(lǐng)域的研究進(jìn)展。

圖1 關(guān)于纖維素基食品包裝材料在不同年份所發(fā)表的論文數(shù)量Fig.1 Number of papers published on cellulose based food packaging materials in different years

圖2 關(guān)于纖維素基食品包裝材料在不同國家所發(fā)表的論文數(shù)量（自2000年以來）Fig.2 Number of papers published on cellulose based food packaging materials in different countries（Since 2000）

1 木質(zhì)纖維素食品包裝材料

木質(zhì)纖維素是天然可再生木材經(jīng)過化學(xué)處理、機(jī)械法加工得到的有機(jī)絮狀纖維物質(zhì)，無毒、無味、無污染、無放射性[7]，用于食品包裝材料，可增加材料的力學(xué)性能和阻隔性。但因分子中含有大量羥基，易形成大量分子內(nèi)和分子間氫鍵，大部分活性羥基被封在晶格內(nèi)影響反應(yīng)，需要適當(dāng)改性才可用于食品包裝材料，經(jīng)過改性后的包裝材料在力學(xué)性能、熱學(xué)性能、抗氧化性能等方面都得到大幅度提高。改性后的木漿纖維素和木質(zhì)素可用于食品包裝材料。

PETROUDY等[8]研究發(fā)現(xiàn)由化學(xué)機(jī)械漿纖維制備的硬木紙漿生產(chǎn)的纖維素（CNPs）和木質(zhì)纖維素納米紙（LNPs）的結(jié)晶度和晶粒尺寸均低于相應(yīng)的起始漿，LNPs具有半多孔和致密的結(jié)構(gòu)，其水蒸氣透過率最低，為108 g/（m2·d），其在包裝領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。SIRVIO等[9]先用高碘酸鹽將樺樹木漿纖維素氧化成雙醛纖維素（DAC），通過三種不同的水溶液路線對其進(jìn)行衍生改性：a.次氯酸鈉進(jìn)一步衍生得到二羧酸纖維素（DCC），b.偏亞硫酸鈉衍生得到羥基磺酸纖維素（HSAC），c.?；撬岷?-吡啶硼烷衍生得到牛磺酸纖維素（TC）。此纖維素改性是在不使用大量機(jī)械能的情況下，使用可回收或無毒的試劑進(jìn)行的。所有改性纖維素均能制備出具有與合成聚合物（PE，PET）相當(dāng)?shù)耐该餍院土W(xué)強(qiáng)度的膜。大量研究表明，木質(zhì)纖維素在經(jīng)過改性之后可獲得優(yōu)異的抗氧化性能。BUMBUDSANPHAROKE等[10]以未漂白硫酸鹽（UBK）針葉木漿為原料提取木質(zhì)纖維，并將合成的金納米粒子（AuNPs）固定在木質(zhì)纖維素纖維上，用2,2-二苯基-1-吡啶酰肼（DPPH）清除自由基的方法研究了AuNP-UBK纖維納米復(fù)合材料的抗氧化性能。研究發(fā)現(xiàn)，與純纖維相比，AuNP-UBK納米復(fù)合紙表現(xiàn)出優(yōu)異的抗氧化性能，清除自由基率超過98%，這歸因于纖維-纖維網(wǎng)絡(luò)吸附的協(xié)同效應(yīng)和AuNPs隨后的催化活性?？梢?，AuNP-UBK纖維納米復(fù)合材料有望成為食品保鮮用抗氧化活性包裝材料的新候選材料。JIN等[11]從硬木漿中提取纖維素，采用NMMO技術(shù)制備了纖維素基介孔二氧化硅復(fù)合材料，將其用于包裝膜材料。研究表明，介孔SiO2材料的加入會降低薄膜的拉伸強(qiáng)度，但改性SiO2材料與纖維素基體的相容性好，對拉伸強(qiáng)度的影響小于未改性材料。該方法可顯著提高纖維素復(fù)合膜的透氧性，降低其水蒸氣透過性。由此可見，介孔SiO2材料在調(diào)節(jié)纖維素復(fù)合包裝膜滲透性方面是一種很有前途的材料。MIHALYCOZMUTA等[12]通過向漂白長硬木纖維制成的水懸浮液中加入TiO2、Ag-TiO2和Ag-TiO2-沸石來制造食品包裝紙，研究結(jié)果表明沸石結(jié)構(gòu)中的自由通道導(dǎo)致對空氣的阻隔性能最差，包裝試驗(yàn)表明，紙-Ag-TiO2復(fù)合包裝紙在保存面包中的營養(yǎng)成分方面最為有效，紙-Ag-TiO2-沸石復(fù)合包裝紙在酵母和霉菌含量方面延長了面包的微生物安全性。芬蘭VTT技術(shù)研究中心（VTT Technical Research Centre of Finland）[13]利用木質(zhì)纖維素和脂肪酸這兩種完全可再生的物質(zhì)，開發(fā)出了一種可用于食品包裝的材料，VTT開發(fā)的這種包裝材料用途較廣，基本能夠代替塑料的用途，由于其具有熱塑性，所以這種材料與塑料一樣，也可以制成包裝膜等類塑料產(chǎn)品，該材料的潛在功能還有待于進(jìn)一步開發(fā)。

由此可見，木漿纖維素既可以在改性后具有阻隔和抗氧化性能，又可以作為基體材料固定納米粒子發(fā)揮活性功能，在食品包裝材料中有著廣闊的應(yīng)用前景。

2 微纖維纖維素食品包裝材料

微纖維纖維素（MFC）是以高度精制純植物性纖維為原料，經(jīng)超高壓均質(zhì)機(jī)強(qiáng)力機(jī)械剪切力后提取得到的大小僅為0.1~0.01 μm的微小纖維素[14]，不易受熱及機(jī)械剪切力而變化；不易受酸、鹽及其他電解質(zhì)、添加劑、食品原料影響；不易被微生物、酶等分解，且保持原有親水性、無味無臭、不會影響食品原本風(fēng)味等性質(zhì)，在食品包裝材料中被廣泛應(yīng)用。

2.1 MFC包裝材料的抗菌性改良

MFC膜有著優(yōu)良的力學(xué)和耐酸堿性能，作為載體可以結(jié)合活性抑菌物質(zhì)，改善包裝材料的抑菌性。JAYAPRADA等[15]研究發(fā)現(xiàn)含植物提取物（葡萄籽提取物、紫荊葉提取物和番荔枝葉提取物）的MFC膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均低于純膜。但是，加入植物提取物的膜的溶解度和透濕性顯著低于純膜和共混膜，而且加入植物提取物的MFC膜的失重率較低。由于多酚類物質(zhì)的存在，具有更好的抗紫外線性能。與其它植物提取物相比，葡萄籽提取物的膜具有最高的DPPH自由基清除活性。通過包裝新鮮切好的胡蘿卜，對這些薄膜的包裝應(yīng)用進(jìn)行了測試，結(jié)果表明它們具有更長的保質(zhì)期。LAVOINE等[16]將MFC涂層作為新型活性包裝釋放體系。在紙上涂上微纖維纖維素，形成的納米多孔網(wǎng)絡(luò)既阻隔空氣又被用來控制分子的釋放。制備方法擴(kuò)散示意圖（圖3）表明，MFC涂層能有效減緩活性分子的釋放，這為抗菌包裝材料的制備提供了參考。

圖3 三種不同測試樣品的制備方法[16]Fig.3 Preparation of the tested samples using three different strategies[16]

POPOV等[17]利用超聲輔助還原法合成銀納米粒子并將其負(fù)載在MFC膜上，制備了對大腸桿菌有較強(qiáng)的抗菌活性的抗菌材料，使其成為一種很有前途的食品包裝抗菌材料。LAVOINE等[18]利用β-環(huán)糊精（βCD）與MFC的協(xié)同作用，開發(fā)了一種新型的抗菌紙基緩釋包裝材料。通過浸漬的方法將抗菌分子（香芹酚）包含在βCD中，制備了一種新型的生物基食品包裝材料，通過抗菌分子的緩釋，能夠更好地保存和延長食品的保質(zhì)期。LAVOINE等[19]利用氯己定-葡糖酸鹽（CHX）溶液作為抗菌分子的模型，與MFC混合并用作紙板樣品上的涂層，提出了一種包含活性生物分子的生物基體，該材料能夠提高食品模型豬肝的保質(zhì)期，而且適合做可生物降解的輕質(zhì)食品包裝材料。APJOK等[20]分別以殼聚糖（P-CH）、殼聚糖-TiO2（P-CHTiO2）和殼聚糖Ag/TiO2（P-CHAg/TiO2）為載體，在4 ℃、55%相對濕度、15 h光照/9 h暗循環(huán)的條件下對三種活性MFC紙進(jìn)行了6個月的實(shí)時老化，并與普通紙進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過6個月的貯存后，抗菌性能最有效的包裝是P-CH-Ag/TiO2，其酵母菌與霉菌（5.8 CFU/g）和大腸桿菌（6.12 CFU/g）計數(shù)最低，這歸結(jié)于P-CHAg/TiO2具有自潔性。COZZOLINO等[21]利用聚合物網(wǎng)絡(luò)的納米特性可以控制小分子活性化合物的釋放，研究成功地證明了MFC膜是抗菌溶菌酶的合適載體，防止了其在與兩種食品模擬物（水和水/乙醇溶液）接觸的早期快速釋放，開發(fā)了控釋包裝材料。POPA等[22]通過添加MFC提高聚乳酸性能，隨著纖維素纖維的加入，被測樣品的滲透性成比例增加，還確定了由于滅菌過程而引起的被測復(fù)合材料吸收特性的變化適合用于諸如經(jīng)巴氏滅菌蔬菜的包裝。

綜上，MFC膜可以作為載體與多酚類物質(zhì)、銀納米粒子、香芹酚、CHX、殼聚糖、溶菌酶等活性成分復(fù)合，實(shí)現(xiàn)包裝材料的抗菌功能，其中，活性成分在MFC膜中的緩釋研究較多，更有利于維持抑菌的長效性?；诰G色環(huán)保的發(fā)展理念，相信未來的包裝材料會向著抑菌、可降解和輕量化等功能集成化的方向發(fā)展。

2.2 MFC包裝材料的阻隔性和力學(xué)性能改良

MFC分子中含有大量羥基，易與水結(jié)合，大多研究采用對其表面改性來滿足作為包裝材料的阻隔性和力學(xué)性能。RODIONOVA等[23]用乙酸酐對牛皮紙漿生產(chǎn)的微纖維纖維素進(jìn)行了表面化學(xué)改性，乙酸酐與纖維素分子上的羥基反應(yīng)，從而改變親水性表面，使其更加疏水，所得的微纖維纖維素薄膜不但提高了包裝應(yīng)用時的阻氧性能，對液態(tài)水也具有良好的阻隔性能。SPENCE等[24]通過機(jī)械精煉和使用均質(zhì)機(jī)進(jìn)行高壓處理的方法制備的木質(zhì)素含量高的MFCs具有較高的水蒸汽透過率，甚至具有較高的初始接觸角。LAVOINE等[25]通過對不同的MFC涂層紙板和PE涂層紙板的比較，突出了涂層工藝的影響和MFC的作用。MFC的加入抵消了涂層工藝的負(fù)面影響：彎曲剛度和抗壓強(qiáng)度提高了30%。但MFC并沒有提高紙板的阻隔性能，盡管它大大增加了紙板的吸水率。SIRVI?等[26]利用四種不同尺寸、化學(xué)性質(zhì)和比例的木質(zhì)纖維素纖維，制備了MFC和海藻酸鈉生物復(fù)合膜。通過增加生物復(fù)合材料中纖維的含量和減小纖維素的纖維尺寸，提高了膜的力學(xué)性能。除未改性樺木漿的膜外，所有生物復(fù)合膜均具有良好的油脂阻隔性能，并且通過添加微米/納米纖維素纖維以及離子交聯(lián)降低了海藻酸鹽膜的水蒸汽透過率。

由此可見，MFC經(jīng)過表面羥基反應(yīng)、高壓處理、涂層、改變纖維尺寸和含量、離子交聯(lián)等技術(shù)手段使得薄膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，提高了MFC復(fù)合膜的阻隔性和力學(xué)性能，為其在食品包裝中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。但MFC作為涂層在改善阻隔性方面還有待提高。

2.3 基于MFC的乳液穩(wěn)定性和生物降解性包裝材料開發(fā)

乳液型食品對包裝材料的要求更高，除具有高阻隔和力學(xué)性能外，乳液穩(wěn)定性的要求尤為重要，而且基于綠色包裝材料的需求，生物降解性更是未來食品包裝的發(fā)展趨勢。BOUHOUTE等[27]采用化學(xué)提純的方法制備了刺阿干樹（Argania spinosa）殼MFC，然后用高壓均質(zhì)機(jī)進(jìn)行機(jī)械粉碎分離纖維素原纖維。研究了原阿干樹殼（AS-MFC）作為水包油（O/W）乳液穩(wěn)定劑的應(yīng)用。結(jié)果表明，1% w/w AS-MFC是最大乳化液體積的適宜油濃度。AS-MFC能穩(wěn)定70% w/w的甘油三酯油，無相分離。證明了AS-MFC用于食品包裝材料的潛力，其在維持食品包裝材料用的乳液型膠黏劑的穩(wěn)定性及乳液型食品穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要作用。MASMOUDI等[28]利用可再生資源（蘆葦草和絲瓜）中的纖維素聚合物減少傳統(tǒng)塑料廢物和保護(hù)自然資源。在實(shí)驗(yàn)室條件下合成了增塑淀粉薄膜，這些天然薄膜在相對較低的增塑劑含量（按重量計為12%~17%）下表現(xiàn)出了良好的力學(xué)性能。同時采用熔融擠出技術(shù)制備了聚乳酸聚合物（PLA）與從蘆葦草和絲瓜中提取的MFC的混合物。雖然這兩種材料都是可生物降解的，但增塑淀粉表現(xiàn)出比PLA/MFC更快的生物降解動力學(xué)，這些新材料將在食品包裝領(lǐng)域受到關(guān)注。SONIA等[29?30]研究了MFC增強(qiáng)乙烯與醋酸乙烯酯的共聚物（EVA）形成的復(fù)合材料的溶脹參數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)和氧傳遞速率，分析了MFC與EVA之間的相互作用及其復(fù)合后作為食品包裝材料的應(yīng)用。通過接種黑曲霉（Aspergillus niger，A.niger）對復(fù)合材料的生物降解性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)MFC增強(qiáng)了復(fù)合材料的生物降解性。同時，通過檢測復(fù)合材料表面孔結(jié)構(gòu)的變化，研究了殺菌性能。通過使用MFC，增強(qiáng)了復(fù)合材料的阻隔性，減少了細(xì)菌微生物的入侵。ANAND等[31]從花生殼提取MFC并制備食品包裝用瓊脂基生物納米復(fù)合膜。MFC的加入使纖維的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量、斷裂伸長率等物理力學(xué)性能提高。同時，生物納米復(fù)合膜具有較小的膨脹性和較高的土壤降解率，可用于開發(fā)可降解的食品包裝材料。

可見，MFC素多來源于植物和作物，在生物降解方面有著先天的優(yōu)勢，其形成的復(fù)合材料在食品包裝方面降解率高，尤其納米復(fù)合材料，其力學(xué)性能優(yōu)異，對乳液型食品穩(wěn)定性高，適合液態(tài)食品包裝。

3 細(xì)菌纖維素食品包裝材料

細(xì)菌纖維素（Bacterial cellulose，簡稱BC）是經(jīng)微生物發(fā)酵合成、由發(fā)酵液提出的多孔性網(wǎng)狀納米級生物高分子聚合物[32]，因其由細(xì)菌合成而命名為細(xì)菌纖維素。與植物纖維素的主要差別在于其不含有半纖維素、木質(zhì)素等，更易與纖維素降解酶發(fā)生作用，同時在酸性及微生物存在的自然條件下也可以直接降解，所以具有良好的生物可降解性和生物相容性。由于BC具有獨(dú)特的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、高孔隙率、高機(jī)械強(qiáng)度和高彈性模量等性質(zhì)適合做食品包裝材料。但由于分子內(nèi)存有大量的親水基團(tuán)，具有透氣、透水和持水性能，通常與其它物質(zhì)復(fù)合或改性后使用。

3.1 BC包裝材料的抗氧化和抗菌性改良

BC自身的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和納米尺度有利于吸附活性物質(zhì)，改善其作為食品包裝材料的抗氧化性和抗菌性。DHAR等[33]利用堿木質(zhì)素（AL）作為智能添加劑在原位BC發(fā)酵中同時作為微生物生長的促進(jìn)劑和增強(qiáng)填料來制備多功能復(fù)合材料。由于鋁的抗氧化性質(zhì)，可防止副產(chǎn)物葡萄糖酸的形成。研究表明AL在BC孔中自組裝形成一級和二級結(jié)構(gòu)，同時提高了熱穩(wěn)定性和韌性。而且BC/AL膜具有很強(qiáng)的抗紫外線能力，具有持久的自由基清除活性和防止鮮切蘋果褐變的作用，適合作為食品包裝材料。ROLLINI等[34]研究了乳清超濾的副產(chǎn)品乳清滲透液（CWP）作為生產(chǎn)BC的廉價基質(zhì)，用于抗菌包裝材料。在對一種接種李斯特菌的新鮮意大利軟干酪進(jìn)行的貯藏試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，所獲得的抗菌食品包裝可有效地減少李斯特菌的數(shù)量。PADR?O等[35]用牛乳鐵蛋白（bLF）吸附兩種不同來源的BC膜，對其進(jìn)行改性，功能化膜（BC+bLF）可直接接觸高度易腐的食品，特別是作為新鮮香腸肉類產(chǎn)品。對功能化膜水蒸氣滲透性、力學(xué)性能、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌進(jìn)行了表征，結(jié)果表明吸附bLF的BC膜可以作為食用抗菌包裝材料。VILELA等[36]研究了由聚甲基丙烯酸磺基甜菜堿（PSBMA）和細(xì)菌納米纖維素（BNC）組成的抗菌導(dǎo)電納米復(fù)合材料作為獨(dú)立薄膜應(yīng)用于食品包裝，結(jié)果表明PSBMA/BNC納米復(fù)合材料由于其紫外線阻隔特性、水分清除能力和對引起食品腐敗和食源性疾病的病原微生物的抗菌活性，顯示出作為活性食品包裝膜的潛力。

BC與AL、bLF 和PSBMA等活性物質(zhì)復(fù)合，可有效清除自由基實(shí)現(xiàn)抗氧化性，并抑制了大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，發(fā)揮了抗菌的功效，尤其在與PSBMA復(fù)合時不僅展示了抑菌性，還體現(xiàn)了紫外線阻隔性和疏水性，為其在食品包裝材料中的應(yīng)用提供了空間。

3.2 BC包裝材料的高阻隔性、高力學(xué)性和熱穩(wěn)定性改良

BC憑借其多孔性網(wǎng)狀的納米結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，易與聚合物及納米顆粒形成復(fù)合材料來實(shí)現(xiàn)高阻隔性、高力學(xué)性和熱穩(wěn)定性。CHOUDHARY等[37]以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚乙烯醇為原料制備了BC復(fù)合材料，研究表明復(fù)合材料中BC含量越高，透光率越低。BC在PMMA基體中擴(kuò)散時的纖維尺寸為納米級，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨BC含量的變化而變化，這些結(jié)構(gòu)與性能的變化推動了BC在包裝材料領(lǐng)域的應(yīng)用。CAZóN等[38]通過BC-殼聚糖-聚乙烯醇制備的柔性透明薄膜具有優(yōu)異的抗紫外線性能，可用作食品包裝材料，并評估了由水活性引起的變化。結(jié)果表明，水分子的增塑作用使試樣的水蒸氣透過率提高，水活性的增加降低了楊氏模量和拉伸強(qiáng)度，水分子不影響薄膜的紫外線阻隔性能。LI等[39]通過一種成熟的造紙工藝，將玉米醇溶蛋白納米顆粒（ZNs）成功地并入BC納米纖維網(wǎng)絡(luò)中，形成均勻的納米紙復(fù)合材料。所制備的BCN-ZN納米復(fù)合材料的拉伸力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性顯著提高，而且其表面形成了較為粗糙的結(jié)構(gòu)，有良好的生物相容性。若將各種疏水活性物質(zhì)封裝到多功能納米載體ZN中，可以充分獲得具有抗菌等多種活性的多功能BCN-ZN納米復(fù)合材料，將其應(yīng)用于食品包裝中值得期待。SMARAK等[40]用BC與聚乙烯吡咯烷酮以及羧甲基纖維素復(fù)合，獲得的膜具有更好的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，此薄膜被認(rèn)為是優(yōu)異的新型綠色食品包裝材料。STOICA-GUZUN等[41]研究了γ輻射對聚乙烯醇/BC復(fù)合包裝材料的影響，BC的加入可以改善聚乙烯醇膜在輻射后的穩(wěn)定性和力學(xué)性能。SOMMER等[42]對BC進(jìn)行改性，以改善其作為食品包裝材料的功能特性。研究了BC的分解和蒙脫土（MMT）的加入對其阻水性能、力學(xué)性能和熱性能的影響。結(jié)果表明，在10%~15%的甘油存在下，通過添加2%的蒙脫土對BC進(jìn)行改性，由于復(fù)合材料之間形成氫鍵，其阻水性能得到改善，可以作為食品包裝材料。

BC與其它功能材料復(fù)合，增強(qiáng)了其阻隔性能和力學(xué)性能，尤其在被MMT改性后，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，這為其在食品包裝材料中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

3.3 基于BC的智能化、可吸附和可降解包裝材料開發(fā)

BC與活性物質(zhì)復(fù)合或形成特定結(jié)構(gòu)材料，可獲得智能響應(yīng)、吸附性和降解性能，為其在食品包裝中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。KUSWANDI等[43]以BC膜固定的甘藍(lán)花色苷為基礎(chǔ)，研制了一種可食性pH傳感器。可食性pH傳感器在pH范圍（pH1~14）內(nèi)呈現(xiàn)出從紅色到紫色、藍(lán)灰色，然后到黃色的各種不同顏色，在pH1~6和pH8~12之間具有良好的線性，能夠區(qū)分鮮奶和變質(zhì)奶，適合作為新鮮度傳感器應(yīng)用于智能包裝系統(tǒng)中。PIRSA等[44]運(yùn)用具有納米導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的BC/聚吡咯/氧化鋅復(fù)合薄膜包裝雞大腿肉，作為一種具有抗氧化和抗菌活性的智能化薄膜，它能夠保護(hù)雞腿肉不受氧化劑和細(xì)菌的影響，延長雞腿肉的保質(zhì)期。MA等[45]制備了一種具有三明治結(jié)構(gòu)的新型固體BC/棉纖維（BCF）復(fù)合材料，將其用作活性智能食品包裝材料。將BCF或BC薄膜真空干燥后吸收不同濃度的姜黃素。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)姜黃素濃度相同時，BCF基薄膜比BC基薄膜具有更好的抗氧化性能和更明顯的顏色變化。BCF-姜黃素薄膜的pH值變化范圍為7~10，顏色由亮黃色變?yōu)樽厣?。這些結(jié)果表明，BCF姜黃素薄膜具有作為活性和智能食品包裝的能力。CAZON[46]綜述了BC在食品包裝薄膜開發(fā)中的主要降解性能及其在可降解食品包裝中的應(yīng)用。在天然高分子材料中，細(xì)菌來源的纖維素是一種具有與其它多糖基聚合物不同的特殊性質(zhì)的材料，屬于可降解的材料，在食品工業(yè)中的應(yīng)用受到特別關(guān)注。UMMARTYOTIN等[47]用蛋殼與BC復(fù)合膜作為活性包裝的吸附材料。蛋殼與BC懸浮液混合，鑄成復(fù)合膜。BC復(fù)合材料中蛋殼的存在增強(qiáng)了吸附性能。這種材料在活性包裝中作為吸收性材料具有極大的應(yīng)用潛力。ZAHAN等[48]以BC膜為原料，開發(fā)一種新型可生物降解抗菌包裝材料。研究結(jié)果表明，添加月桂酸的BC膜對枯草芽孢桿菌的生長有良好的抑制作用，而對大腸桿菌的生長沒有明顯的抑制作用。此外，純BC膜在3 d內(nèi)也經(jīng)歷了50%以上的降解，從第7 d開始，在土壤中也經(jīng)歷了100%的降解。通過進(jìn)一步的研究，確定了主要的降解微生物為芽孢桿菌和根霉。

BC經(jīng)過與甘藍(lán)花色苷和姜黃素等活性物質(zhì)復(fù)合，可獲得食品包裝材料的智能性，如顏色-pH響應(yīng)、顏色-濃度響應(yīng)。也可與蛋殼復(fù)合增強(qiáng)包裝材料的吸附能力，還可與聚合物形成納米導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)包裝材料的智能化。通過添加月桂酸開發(fā)了可降解、抑菌的BC膜，未來BC基包裝材料會向著智能化、抑菌性及可降解的更寬廣領(lǐng)域發(fā)展延伸，如顏色-濃度響應(yīng)、對大腸桿菌的抑制等，為更好地監(jiān)測食品質(zhì)量安全提供保障。

4 結(jié)語與展望

從天然木材和純植物纖維提取的木質(zhì)纖維素和MFC自身無污染、可降解、性能穩(wěn)定，而且改性后具有高阻隔性能、高力學(xué)性能、高疏水性，與活性成分復(fù)合后可提高其抗菌性、抗氧化性，在包裝膜中可做載體，也可涂到活性分子形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上。輕度改性的木質(zhì)纖維素，具有作為食品包裝材料應(yīng)有的力學(xué)強(qiáng)度和阻隔性，成為一種新型的環(huán)保薄膜材料，而且經(jīng)過功能化可起到抑菌和抗氧化作用，在食品包裝領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但由于目前木質(zhì)纖維素在提取方面很難同時滿足低成本和高效率，導(dǎo)致其應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。

MFC可以通過表面化學(xué)改性來改善其親水性，或通過形成微納結(jié)構(gòu)來提高材料的阻隔性、阻氧性、乳液穩(wěn)定性、疏水性和力學(xué)性能等，也可與活性分子復(fù)合，來提高材料的可降解性和抗菌性，相信隨著包裝材料的輕量化與功能化并存的要求，MFC在食品包裝中的應(yīng)用會越來越廣泛。

BC可以制成具有阻隔性、抗氧化性、抗菌性的包裝材料，還可以與活性成分復(fù)合成顏色-pH響應(yīng)、顏色-濃度響應(yīng)的智能包裝材料，拓寬了細(xì)菌纖維素的應(yīng)用領(lǐng)域，也為食品包裝材料的研發(fā)開辟了廣闊的空間。相信隨著可降解包裝材料的社會需求逐年增加，BC食品包裝材料會備受關(guān)注。由微生物發(fā)酵液提取的多孔性網(wǎng)狀細(xì)菌纖維素，具有良好的生物可降解性和生物相容性，由于其獨(dú)特的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、高孔隙率、高機(jī)械強(qiáng)度和高彈性模量等性質(zhì)，與其它物質(zhì)復(fù)合或改性后可作為食品包裝材料，而且與活性分子復(fù)合后可實(shí)現(xiàn)材料智能化，未來還會出現(xiàn)顏色-溫度響應(yīng)包裝材料，更好地反應(yīng)外界環(huán)境溫度變化給食品帶來的影響，開拓了BC的應(yīng)用領(lǐng)域，也為智能化包裝材料的發(fā)展開辟了新路。

相信隨著技術(shù)的發(fā)展，纖維素的提取過程會實(shí)現(xiàn)低成本和高效率相同步，纖維素優(yōu)異的綜合性能和未來節(jié)能環(huán)保的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢為其在食品包裝中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，食品包裝材料的輕量化、功能集成化、結(jié)構(gòu)微納化、智能化和環(huán)境友好性將成為未來的焦點(diǎn)。