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        綜述:基于生物的抗菌納米包裝技術的進步及其在海鮮保鮮中的應用

        《Trends in Food Science & Technology》:Advances in bio-based antimicrobial nanopackaging and applications in seafood preservation

        【字體: 時間:2026年02月27日 來源:Trends in Food Science & Technology 15.4

        編輯推薦:

          生物基抗菌納米包裝通過整合生物聚合物與納米填料(如金屬納米顆粒、MOFs、碳點等)抑制海鮮微生物污染,延長保質期。研究系統分析了被動釋放、表面錨定及刺激響應三種構建策略,指出材料安全性和規模化生產是亟待突破的瓶頸。

          
        孟園琪 | 劉杰
        青島大學公共衛生學院,中國青島,266000

        摘要

        背景

        海鮮極易受到微生物污染,導致嚴重的食物浪費、經濟損失和食品安全問題。隨著對高質量、安全海鮮需求的增長,以及迫切需要減少塑料對環境的影響,基于生物的先進抗菌包裝技術的發展速度加快。這種包裝結合了可持續性、強大的抗菌活性和智能功能,能夠延長海鮮的保質期并確保食品安全。

        范圍與方法

        本綜述全面探討了基于生物的抗菌納米包裝在海鮮領域的最新進展。系統地概述了基礎生物聚合物基質,分析了從金屬納米顆粒(NPs)、有機納米顆粒到新型材料(如金屬有機框架(MOFs)、碳點和MXenes)等各種抗菌納米填充劑的種類。重點介紹了抗菌納米包裝系統的構建策略,包括被動釋放系統、表面錨定的殺菌系統和刺激響應型釋放系統,并討論了它們在海鮮保鮮中的應用。

        主要發現與結論

        最新研究表明,基于生物的抗菌納米包裝能有效抑制腐敗細菌和食源性病原體,延長各種海鮮的保質期。新型抗菌納米填充劑和智能刺激響應型釋放系統的開發代表了重大突破,實現了精確的抗菌作用,同時減少了所需劑量并確保了安全性。未來的研究應重點解決納米材料遷移與安全性、可擴展性和成本等問題,以便將這些有前景的創新技術應用于實際的海鮮保鮮中。

        引言

        海鮮是全球飲食的重要組成部分,富含高質量的蛋白質、歐米伽-3脂肪酸、維生素和礦物質,多項研究證實其對心血管和大腦健康具有積極影響。隨著經濟的發展和消費水平的提高,全球人均水產品消費量在過去六十年中翻了一番,從1961年的9.1公斤增加到2022年的20.7公斤(Akter等人,2025年)。然而,由于高水分含量和豐富的營養成分,海鮮極易受到微生物污染,包括腐敗細菌和食源性病原體的侵害。僅微生物活動就導致了全球25%的食物供應損失和30%的捕撈魚類損失。事實上,每年約有400萬至500萬噸魚類因處理和保存不當而腐爛(Singh等人,2016年)。
        食品包裝是減少食物浪費和保持食品質量的重要手段,尤其是對于海鮮而言。傳統的海鮮包裝主要提供被動屏障保護,不具備內在的抗菌活性,一旦發生污染就無法抑制微生物生長。傳統包裝通常使用聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等石油基塑料,因為它們具有優異的加工性能、成本效益以及良好的防潮和阻氧性能(Rakesh Kumar等人,2025年)。然而,塑料包裝的非生物降解性和長期生態影響引發了嚴重的全球環境問題,因此對可持續包裝材料(如基于生物的聚合物)的需求日益增加。因此,開發具有抗菌性能和生物降解性的主動包裝材料,以滿足環境和食品安全需求,正受到廣泛關注。
        生物聚合物來源于天然和可再生資源,具有生物降解性和環保性。如圖1所示,生物聚合物根據來源和合成途徑主要分為四類(Melarcode等人,2025年)。廣泛研究的基于多糖的生物聚合物包括淀粉、殼聚糖、纖維素、果膠和卡拉膠,它們具有優異的成膜和凝膠性能,其羥基或硫酸基團使其能夠與其他材料相互作用(Onyeaka等人,2022年)。另一類廣泛研究的基于蛋白質的生物聚合物包括明膠、乳清蛋白、大豆蛋白和膠原蛋白,它們可以使薄膜兼具高強度和柔韌性,并由于親水性和氨基酸組成而與其他生物聚合物具有良好的相容性(Tian等人,2023年)。微生物衍生的生物聚合物由細菌和真菌等微生物產生,代表性例子包括聚羥基烷酸酯(PHAs)、聚羥基丁酸酯(PHBs)和普魯蘭,具有良好的生物降解性和生物相容性。化學合成的生物聚合物(如聚乳酸(PLA)通過生物基物質的化學處理制成,也常用于海鮮包裝。然而,在實際應用中,生物聚合物存在機械強度低、親水性高和阻隔性能不足等缺點。近年來,納米技術成為改善生物基包裝性能的有效手段,可以增強其機械、熱學和阻隔性能(Mahmud等人,2022年)。通過添加納米填充劑(如NPs、納米管、納米纖維)或利用納米技術對包裝進行功能化處理,通常稱為納米包裝;而進一步整合抗菌和其他活性功能則稱為活性納米包裝。對于海鮮的生物基包裝來說,這種活性設計能夠有效抑制特定腐敗微生物和食源性病原體的生長,延緩脂質氧化,并實現活性物質的刺激響應型釋放(Koirala等人,2025年)。
        大多數與食品包裝相關的新研究都基于可生物降解材料,旨在實現環境可持續性。基于生物的智能包裝最近成為研究熱點,因為它還具備智能系統的功能。Du等人(2023年)和Huang與Wang(2025年)詳細介紹了用于食品保鮮的智能生物包裝的進展,涵蓋了材料特性、合成方法、作用機制、創新生產技術和廣泛應用等方面。在海鮮包裝領域,Singh等人(2016年)概述了適用于海鮮的有機和無機組分的抗菌活性,為后續十年內的海鮮抗菌包裝提供了重要參考和啟示。Melarcode等人(2025年)的綜述強調了含有精油(EOs)等有機抗菌劑的活性包裝系統在海鮮保鮮中的應用。Koirala等人(2025年)關注了用于海鮮智能包裝的生物納米復合材料的進展。然而,這些文獻均未專門探討抗菌納米包裝在海鮮保鮮中的功能特性。因此,本綜述重點系統地剖析了抗菌納米包裝系統,重點介紹了不同的抗菌納米填充劑及其決定抗菌效果和應用潛力的關鍵構建策略,有助于更深入地理解海鮮保鮮中的抗菌包裝技術,并填補現有文獻的空白。

        部分摘錄

        海鮮中的微生物腐敗和食源性病原體

        影響海鮮變質的因素有很多,如氧氣、光線、水分和微生物活動。海鮮的腐敗通常歸因于三種基本機制:酶促自溶、氧化腐敗和微生物降解(Nie等人,2022年)(圖2)。高脂肪海鮮的氧化腐敗尤為明顯,主要是由不飽和脂肪酸與氧氣反應引起的。這一反應在光照和金屬的作用下會加速。

        海鮮包裝中的抗菌納米填充劑

        傳統的海鮮包裝僅提供被動保護,往往無法有效抑制微生物的生長。這些局限性凸顯了開發新型包裝的必要性,以有效抑制海鮮中的病原體和腐敗微生物。活性包裝已成為業界的研究焦點,而抗菌納米包裝是活性包裝技術中最有前景的應用之一。將抗菌劑結合到生物聚合物基質中

        抗菌納米包裝的構建策略

        海鮮抗菌納米包裝的發展依賴于合理的構建策略設計,這些設計直接決定了產品在儲存期間的抗菌效果、耐用性和安全性。近年來,生物聚合物在解決傳統塑料包裝帶來的環境問題方面發揮了重要作用

        局限性、未來展望與結論

        盡管基于生物的抗菌納米包裝在海鮮保鮮方面取得了顯著進展,但仍面臨多方面的挑戰,阻礙了其大規模工業化應用。應對這些挑戰需要針對性的創新,未來的研究方向應符合安全性、效率和可持續性的要求。本節將討論當前基于生物的抗菌納米包裝在海鮮保鮮方面的局限性和潛在研究方向

        作者聲明

        孟園琪:概念構思、方法論設計、實驗研究、初稿撰寫與編輯。
        劉杰:概念構思、方法論設計及文獻綜述。
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