综述：用于果蔬包装的生物基可降解塑料研究进展：多尺度改性提升性能

本综述系统阐述了生物基可降解塑料（BBPs）在果蔬包装领域的多尺度改性策略（化学、物理及协同改性）及其对机械性能、阻隔性能的提升效果，同时赋予材料抗菌、抗氧化功能。文章还探讨了BBPs在气调保鲜、活性包装及智能包装中的应用，并前瞻性地分析了人工智能（AI）技术在BBPs性能预测、配方优化及逆向设计中的新兴作用，为推进绿色包装材料产业化提供重要见解。

　　

生物基可降解塑料（BBPs）的多尺度改性策略与应用前景

引言

新鲜果蔬是健康饮食的重要组成部分，但采后损失仍是全球性挑战，主要源于机械损伤（振动、挤压、撞击）、微生物侵染以及生理活动（呼吸消耗、水分流失、氧化褐变）等。包装作为便捷、经济且具有阻隔性的保鲜手段被广泛应用。传统化石基塑料虽具耐用性和成本优势，但其不可降解特性对环境造成负面影响。尽管塑料回收是应对策略之一，但回收过程能耗高、效率低（仅约10%的塑料废弃物被有效回收），因此开发兼具传统塑料功能优势与环境可持续性的生物塑料至关重要。

生物基可降解塑料（BBPs）作为低碳可持续包装材料，可通过生物降解或堆肥降低碳足迹和温室气体（GHG）排放，并减少对化石资源的依赖。然而，BBPs在机械性能和阻隔性能方面存在局限，需通过改性策略提升其性能并赋予抗菌、抗氧化等功能，以满足果蔬保鲜需求。

生物基可降解塑料的定义与分类

BBPs是以植物、动物或微生物等可再生资源为原料，通过生物或化学方法合成的高分子材料。其来源主要包括两类：（1）生物基天然聚合物，如多糖（淀粉、纤维素等）、蛋白质及其改性形式；（2）生物基合成聚酯，如聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）和聚丁二酸丁二醇酯（PBS）等。这类材料可在特定条件下降解，实现环境友好型循环利用。

多尺度改性策略提升BBPs性能

化学改性是通过引入活性基团或改变分子结构以增强材料性能的重要手段。其中，醛基改性是一种典型化学改性方法，通过氧化剂（如高碘酸钠NaIO₄）将聚合物分子链中的C₂-OH和C₃-OH基团氧化为醛基（-CHO），从而提高材料的化学反应性和交联潜力。例如，经醛基改性的纤维素薄膜不仅机械强度显著提升，还表现出优异的阻氧性和阻水性，适用于高湿度环境的果蔬包装。

物理改性则通过添加增塑剂、共混其他高分子材料或纳米填料等方式改善BBPs的加工性和功能性。例如，在淀粉基薄膜中加入甘油作为增塑剂，可有效提高薄膜的柔韧性和延展性；而将PLA与PHA共混，则能平衡材料的刚性和韧性，同时增强其对二氧化碳（CO₂）和氧气（O₂）的选择性透过能力，适用于气调包装。

协同改性结合化学与物理改性的优势，通过多尺度调控实现性能优化。例如，先对淀粉进行醛基化改性提高其反应活性，再与纳米纤维素共混，可制备出兼具高机械强度和抗菌功能的复合薄膜，适用于易腐果蔬的保鲜包装。

BBPs在果蔬包装中的应用

在气调保鲜包装领域，BBPs因其可调的气体透过性和功能设计性受到广泛关注。例如，以绿豆蛋白（MP）和豌豆蛋白（PP）为基材的BBP薄膜，其CO₂/O₂选择性系数高达5.2，能有效抑制果蔬呼吸作用，延长货架期。此外，PLA/PHA共混薄膜通过调控O₂和CO₂的透过率，成功应用于草莓和蓝莓的保鲜，减少腐烂率并维持果实品质。

在抗菌抗氧化包装方面，BBPs通过负载天然抗菌剂（如壳聚糖、植物精油）或抗氧化剂（如维生素E、多酚类物质）实现功能化。例如，醛基改性纤维素薄膜负载茶多酚后，不仅显著抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长，还延缓了苹果切片的氧化褐变。这类活性包装能针对性地控制采后病害，保持果蔬感官和营养品质。

智能包装是BBPs的另一创新应用方向。通过集成pH响应染料、气体敏感传感器或时间-温度指示剂，BBP包装可实时监测果蔬新鲜度。例如，基于PLA的智能标签在果蔬腐败时发生颜色变化，为消费者提供直观的质量指示，减少食物浪费。

人工智能技术在BBPs研发中的新兴作用

人工智能（AI）技术为BBPs的研发提供了新范式。通过机器学习算法，AI能够快速预测材料性能（如机械强度、降解速率）、优化配方比例（如增塑剂添加量、共混比例），并实现逆向设计（根据目标性能反推材料结构）。例如，利用神经网络模型对PHA的合成路径进行模拟，可筛选出高产菌株和高分子量产物，大幅缩短研发周期。此外，AI还能通过分析大量文献数据，识别新型改性剂或协同策略，加速BBPs在果蔬包装中的定制化开发。

结论与展望

BBPs作为传统塑料的可持续替代品，通过多尺度改性可显著提升其机械性能、阻隔性能及功能特性，满足果蔬包装的多样化需求。未来研究应聚焦于开发低成本、高效率的改性工艺，并深化AI技术在材料设计中的应用。同时，需加强BBPs降解行为与环境影响评估，推动其从实验室走向产业化，最终实现果蔬包装领域的绿色转型。