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等用乙酸酐對牛皮紙漿生產(chǎn)的微纖維纖維素進行了表面化學(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等通過機械精煉和使用均質(zhì)機進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面影響：彎曲剛度和抗壓強度提高了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。Sirviö等利用四種不同尺寸、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)生了改變，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)機進行機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)塑料廢物和保護自然資源。在實驗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等研究了復(fù)合材料的溶脹參數(shù)、擴散系數(shù)和氧傳遞速率，分析了復(fù)合材料與MFC -醋酸乙烯酯（EVA）的相互作用及其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行了研究，發(fā)現(xiàn)MFC增強了復(fù)合材料的生物降解性。同時，通過檢測PLA基復(fù)合材料化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，研究了殺菌性能。通過使用MFC，設(shè)計靈活的食品包裝改善PLA性能的可行性。Anand等從花生殼提取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細菌纖維素食品包裝材料

細菌纖維素（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，因其由細菌合成而命名為細菌纖維素。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具有獨特的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、高孔隙率、高機械強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，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劑和增強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行的貯藏試驗中發(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。Padrão等用牛乳鐵蛋白（bLF）吸附兩種不同來源的BC膜，對其進行改性，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等研究了由聚甲基丙烯酸磺基甜菜堿（PSBMA）和細菌納米纖維素（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，易與聚合物及納米顆粒形成復(fù)合材料來實現(xiàn)高阻隔性、高力學(xué)性和熱穩(wěn)定性。Choudhary等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基體中擴散時的纖維尺寸為納米級，復(fù)合材料的拉伸強度隨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度，水分子不影響薄膜的紫外線阻隔性能。Li等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，此薄膜被認為是優(yōu)異的新型綠色食品包裝材料。Stoica-Guzun等研究了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等對BC進行改性，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，通過分解和添加2%的蒙脫土和10%~15%的甘油對BC進行改性，可以作為食品包裝材料。

BC與其它功能材料復(fù)合，增強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，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等以BC膜固定的甘藍花色苷為基礎(chǔ)，研制了一種可食性pH傳感器?？墒承詐H傳感器在pH范圍（pH 1-14）內(nèi)呈現(xiàn)出從紅色到紫色、藍灰色，然后到黃色的各種不同顏色，在pH 1-6和pH 8-12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等運用具有納米導(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，它能夠保護雞腿肉不受氧化劑和細菌的影響，延長雞腿肉的保質(zhì)期。Ma等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等綜述了BC在食品包裝薄膜開發(fā)中的主要性能及其在食品包裝中的應(yīng)用。在天然高分子材料中，細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，在食品工業(yè)中的應(yīng)用受到特別關(guān)注。Ummartyotin等用蛋殼與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等以BC膜為原料，開發(fā)一種新型可生物降解AM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天內(nèi)也經(jīng)歷了50%以上的降解，從第7天開始，在土壤中也經(jīng)歷了100%的降解。通過進一步的研究，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，進而實現(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，與活性成份復(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，還可以與活性成份復(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，由于其獨特的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、高孔隙率、高機械強度和高彈性模量等性質(zhì)，與其它物質(zhì)復(fù)合或改性后可做食品包裝材料，而且與活性分子復(fù)合后可實現(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現(xiàn)低成本和高效率同步，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。

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