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(gè)安全保障環(huán)節(jié)，已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)中食品的組成部分，為食品的儲(chǔ)存和運(yùn)輸保駕護(hù)航[1?2]。有材料統(tǒng)計(jì)：人的一生中大約會(huì)吃掉75 t食物，這75 t食物的“外衣”，是共計(jì)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(duì)包裝廢棄物的循環(huán)再生力度是大勢(shì)所趨。以降低對(duì)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(shì)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(guó)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(jì)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(guò)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(lái)隨著石油、煤炭?jī)?chǔ)量的下降以及石油價(jià)格的飛速增長(zhǎng)和各國(guó)對(duì)環(huán)境污染問(wèn)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(lái)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(lái)能源和環(huán)境問(wèn)題的一個(gè)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(bào)道，包括來(lái)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(jì)，近年來(lái)不同國(guó)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(shì)以及不同國(guó)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(lái)越受到重視，尤其在發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)居第一位，可見(jiàn)我國(guó)對(duì)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(jì)，纖維素基食品包裝材料的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。本文通過(guò)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(guó)家所發(fā)表的論文數(shù)量（自2000年以來(lái)）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(guò)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(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染、無(wú)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(guò)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(guò)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(shù)木漿纖維素氧化成雙醛纖維素（DAC），通過(guò)三種不同的水溶液路線(xiàn)對(duì)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(wú)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(guò)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(guò)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。可見(jiàn)，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(huì)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(duì)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(guò)性。由此可見(jiàn)，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(guò)向漂白長(zhǎng)硬木纖維制成的水懸浮液中加入TiO2、Ag-TiO2和Ag-TiO2-沸石來(lái)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(duì)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?jiān)诒４婷姘械臓I(yíng)養(yǎng)成分方面最為有效，紙-Ag-TiO2-沸石復(fù)合包裝紙?jiān)诮湍负兔咕糠矫嫜娱L(zhǎng)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(kāi)發(fā)出了一種可用于食品包裝的材料，VTT開(kāi)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(lèi)塑料產(chǎn)品，該材料的潛在功能還有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

由此可見(jiàn)，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(wú)味無(wú)臭、不會(huì)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(zhǎng)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(lèi)物質(zhì)的存在，具有更好的抗紫外線(xiàn)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(guò)包裝新鮮切好的胡蘿卜，對(duì)這些薄膜的包裝應(yīng)用進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明它們具有更長(zhǎng)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(lái)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(cè)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(duì)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(kāi)發(fā)了一種新型的抗菌紙基緩釋包裝材料。通過(guò)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(guò)抗菌分子的緩釋?zhuān)軌蚋玫乇４婧脱娱L(zhǎng)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(duì)濕度、15 h光照/9 h暗循環(huán)的條件下對(duì)三種活性MFC紙進(jìn)行了6個(gè)月的實(shí)時(shí)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(guò)6個(gè)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(jì)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(kāi)發(fā)了控釋包裝材料。POPA等[22]通過(guò)添加MFC提高聚乳酸性能，隨著纖維素纖維的加入，被測(cè)樣品的滲透性成比例增加，還確定了由于滅菌過(guò)程而引起的被測(cè)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(lèi)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(zhǎng)效性。基于綠色環(huán)保的發(fā)展理念，相信未來(lái)的包裝材料會(huì)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(duì)其表面改性來(lái)滿(mǎn)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(duì)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(shí)的阻氧性能，對(duì)液態(tài)水也具有良好的阻隔性能。SPENCE等[24]通過(guò)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(guò)率，甚至具有較高的初始接觸角。LAVOINE等[25]通過(guò)對(duì)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(méi)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(guò)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(guò)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(guò)率。

由此可見(jiàn)，MFC經(jīng)過(guò)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(kāi)發(fā)

乳液型食品對(duì)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(lái)食品包裝的發(fā)展趨勢(shì)。BOUHOUTE等[27]采用化學(xué)提純的方法制備了刺阿干樹(shù)（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(shù)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(wú)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(duì)較低的增塑劑含量（按重量計(jì)為12%~17%）下表現(xiàn)出了良好的力學(xué)性能。同時(shí)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(dòng)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(guò)接種黑曲霉（Aspergillus niger，A.niger）對(duì)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(shí)，通過(guò)檢測(cè)復(fù)合材料表面孔結(jié)構(gòu)的變化，研究了殺菌性能。通過(guò)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(zhǎng)率等物理力學(xué)性能提高。同時(shí)，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(kāi)發(fā)可降解的食品包裝材料。

可見(jiàn)，MFC素多來(lái)源于植物和作物，在生物降解方面有著先天的優(yōu)勢(shì)，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(duì)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(jiǎn)稱(chēng)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(jí)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(shí)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(shí)作為微生物生長(zhǎng)的促進(jìn)劑和增強(qiáng)填料來(lái)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(jí)和二級(jí)結(jié)構(gòu)，同時(shí)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(xiàn)能力，具有持久的自由基清除活性和防止鮮切蘋(píng)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(jià)基質(zhì)，用于抗菌包裝材料。在對(duì)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(lái)源的BC膜，對(duì)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(lèi)產(chǎn)品。對(duì)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(xiàn)阻隔特性、水分清除能力和對(duì)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(shí)不僅展示了抑菌性，還體現(xiàn)了紫外線(xiàn)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(lái)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(shí)的纖維尺寸為納米級(jí)，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(dòng)了BC在包裝材料領(lǐng)域的應(yīng)用。CAZóN等[38]通過(guò)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(xiàn)性能，可用作食品包裝材料，并評(píng)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(guò)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(xiàn)阻隔性能。LI等[39]通過(guò)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(duì)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(duì)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(duì)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(guò)添加2%的蒙脫土對(duì)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(kāi)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(xiàn)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(zhǎng)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(shí)，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(kāi)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(lái)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(kāi)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(duì)枯草芽孢桿菌的生長(zhǎng)有良好的抑制作用，而對(duì)大腸桿菌的生長(zhǎng)沒(méi)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(kāi)始，在土壤中也經(jīng)歷了100%的降解。通過(guò)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(guò)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(guò)添加月桂酸開(kāi)發(fā)了可降解、抑菌的BC膜，未來(lái)BC基包裝材料會(huì)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(duì)大腸桿菌的抑制等，為更好地監(jiān)測(cè)食品質(zhì)量安全提供保障。

4 結(jié)語(yǔ)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(wú)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(guò)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(shí)滿(mǎn)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(guò)表面化學(xué)改性來(lái)改善其親水性，或通過(guò)形成微納結(jié)構(gòu)來(lái)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(lái)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(huì)越來(lái)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(kāi)辟了廣闊的空間。相信隨著可降解包裝材料的社會(huì)需求逐年增加，BC食品包裝材料會(huì)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(lái)還會(huì)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(lái)的影響，開(kāi)拓了BC的應(yīng)用領(lǐng)域，也為智能化包裝材料的發(fā)展開(kāi)辟了新路。

相信隨著技術(shù)的發(fā)展，纖維素的提取過(guò)程會(huì)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(lái)節(jié)能環(huán)保的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)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(lái)的焦點(diǎn)。