基于纤维素的食品包装材料的研究进展（二）

1 木质纤维素食品包装材料

木质纤维素是天然可再生木材经过化学处理、机械法加工得到的有机絮状纤维物质，无毒、无味、无污染、无放射性，用于食品包装材料可增加材料的力学性能和阻隔性。但因分子中含有大量羟基，易形成大量分子内和分子间氢键，大部分活性羟基被封在晶格内影响反应，需要适当改性才可用于食品包装材料，经过改性后的包装材料在力学性能、热学性能、抗氧化性能等都得到大幅度提高。改性后的木浆纤维素和木质素可用于食品包装材料。

Petroudy等研究发现由化学机械浆纤维制备的硬木纸浆生产的纤维素（CNPs）和木质纤维素纳米纸（LNPs）的结晶度和晶粒尺寸均低于相应的起始浆，LNPs具有半多孔和致密的结构，其水蒸气透过率最低，为108g/(m2·d)，其在包装领域具有广阔的应用前景。Sirvio等先用高碘酸盐将桦树木浆纤维素氧化成双醛纤维素(DAC)，通过三种不同的水溶液路线对其进行衍生改性：a.次氯酸钠进一步衍生得到二羧酸纤维素 (DCC)，b.偏亚硫酸钠衍生得到羟基磺酸纤维素 (HSAC)，c.牛磺酸和2-吡啶硼烷衍生得到牛磺酸纤维素(TC)。此纤维素改性是在不使用大量机械能的情况下，使用可回收或无毒的试剂进行的。所有改性纤维素均能制备出具有与合成聚合物（PE，PET）相当的透明性和力学强度的膜。经过大量研究，木质纤维素在经过改性之后可获得优异的抗氧化性能。Bumbudsanpharoke等以未漂白硫酸盐（UBK）针叶木浆为原料提取木质纤维，并将合成的金纳米粒子（AuNPs）固定在木质纤维素纤维上，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纤维纳米复合材料的抗氧化性能。研究发现，与纯纤维相比，AuNP-UBK纳米复合纸表现出优异的抗氧化性能，清除自由基率超过98%，这归因于纤维-纤维网络吸附的协同效应和AuNPs随后的催化活性。可见，AuNP-UBK纤维纳米复合材料有望成为食品保鲜用抗氧化活性包装材料的新候选材料。Jin等从硬木浆中提取纤维素，采用NMMO技术制备了纤维素基介孔二氧化硅复合材料，将其用于包装膜材料。研究表明，介孔SiO2材料的加入会降低薄膜的拉伸强度，但改性SiO2材料与纤维素基体的相容性好，对拉伸强度的影响小于未改性材料。该方法可显著提高纤维素复合膜的透氧性，降低其水蒸气透过性。由此可见,介孔SiO2材料在调节纤维素复合包装膜渗透性方面是一种很有前途的材料。Mihalycozmuta等通过向漂白长硬木纤维制成的水悬浮液中加入TiO2、Ag–TiO2和Ag–TiO2–沸石来制造食品包装纸，研究结果表明沸石结构中的自由通道导致对空气的阻隔性能最差，包装试验表明，纸–Ag–TiO2复合包装纸在保存面包中的营养成分方面最为有效，纸–Ag–TiO2–沸石复合包装纸在酵母和霉菌含量方面延长了面包的微生物安全性。芬兰VTT技术研究中心（VTT Technical Research Centre of Finland）利用木质纤维素和脂肪酸这两种完全可再生的物质，开发出了一种可用于食品包装的材料，VTT开发的这种包装材料用途较广，基本能够代替塑料的用途，由于其具有热塑性，所以这种材料与塑料一样，也可以制成包装膜等类塑料产品，该材料的潜在功能还有待于进一步开发。

由此可见，木浆纤维素既可以在改性后具有阻隔和抗氧化性能，又可以作为基体材料固定纳米粒子发挥活性功能，在食品包装材料中有着广阔的应用前景。

2微纤维纤维素食品包装材料

微纤维纤维素（MFC）是以高度精制纯植物性纤维为原料，经超高压均质机强力机械剪切力后提取得到的大小仅为0.1～0.01μm的微小纤维素，不易受热及机械剪切力而变化；不易受酸、盐及其他电解质、添加剂、食品原料影响；不易被微生物、酶等分解，且保持原有亲水性、无味无臭、不会影响食品原本风味等性质，在食品包装材料中被广泛应用。

2.1 MFC包装材料的抗菌性改良

MFC膜有着优良的力学和耐酸碱性能，作为载体可以结合活性抑菌物质，改善包装材料的抑菌性。Jayaprada等研究发现含植物提取物（葡萄籽提取物、紫荆叶提取物和番荔枝叶提取物的MFC膜的拉伸强度和断裂伸长率均低于纯膜。但是，加入植物提取物的膜的溶解度和透湿性显著降低于纯膜和共混膜，而且加入植物提取物的MFC膜的失重率较低。由于多酚类物质的存在，具有更好的抗紫外线性能。与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。通过包装新鲜切好的胡萝卜，对这些薄膜的包装应用进行了测试，结果表明它们具有更长的保质期。Lavoine等将MFC涂层作为新型活性包装释放体系。在纸上涂上微纤维纤维素，形成的纳米多孔网络既阻隔空气又被用来控制分子的释放。制备方法扩散示意图（图3）表明，MFC涂层能有效减缓活性分子的释放，这为抗菌包装材料的制备提供了参考。

Popov等利用超声辅助还原法合成银纳米粒子并将其负载在MFC膜上，制备了对大肠杆菌有较强的抗菌活性的抗菌材料，使其成为一种很有前途的食品包装抗菌材料。Lavoine等利用β-环糊精（βCD）与MFC的协同作用，开发了一种新型的抗菌纸基缓释包装材料。通过浸渍的方法将抗菌分子（香芹酚）包含在βCD中，制备了一种新型的生物基食品包装材料，通过抗菌分子的缓释，能够更好地保存和延长食品的保质期。Lavoine等利用氯己定-葡糖酸盐（CHX）溶液作为抗菌分子的模型，与MFC混合并用作纸板样品上的涂层，提出了一种包含活性生物分子的生物基体，该材料能够提高食品模型猪肝的保质期，而且适合做可生物降解的轻质食品包装材料。Apjok等分别以壳聚糖（P-CH）、壳聚糖-TiO2（P-CHTiO2）和壳聚糖Ag/TiO2（P-CH-Ag/TiO2）为载体，在4 ℃、55%相对湿度、15 h光照/9 h暗循环条件下对三种活性MFC纸进行了6个月的实时老化，并与普通纸进行了比较。实验结果表明，经过6个月的贮存后，抗菌性能最有效的包装是P-CH-Ag/TiO2，其酵母菌与霉菌（5.8 cfu/g）和大肠杆菌（6.12 cfu/g）计数最低，这归结于P-CH-Ag/TiO2具有自洁性。Cozzolino等利用聚合物网络的纳米特性可以控制小分子活性化合物的释放，研究成功地证明了MFC膜是抗菌溶菌酶的合适载体，防止了其在与两种食品模拟物（水和水/乙醇溶液）接触的早期快速释放，开发了控释包装材料。Popa等通过添加MFC提高聚乳酸性能，随着纤维素纤维的加入，被测样品的渗透性成比例增加，还确定了由于灭菌过程而引起的被测复合材料吸收特性带的变化适合用于诸如经巴氏灭菌或灭菌的蔬菜的包装。

综上，MFC膜可以作为载体与多酚类物质、银纳米粒子、香芹酚、CHX、壳聚糖、溶菌酶等活性成份复合，实现包装材料的抗菌功能，其中活性成份在MFC膜中的缓释研究较多，更有利于维持抑菌的长效性。基于绿色环保的发展理念，相信未来的包装材料会向着抑菌、可降解和轻量化等功能集成化的方向发展。

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