综述：纳米材料与纳米生物聚合物在肉类和食品包装中的应用特性

《Food Chemistry Advances》：Nanomaterials and nano-bio-polymers characteristics for using in meat and food packaging

本综述系统阐述了纳米材料（NMs）与纳米生物聚合物在食品（特别是肉类）包装领域的前沿进展。文章重点探讨了各类纳米材料（如金属纳米颗粒Ag、Cu、ZnO、TiO2；生物聚合物纳米复合材料如壳聚糖、淀粉、纤维素；及纳米乳、纳米脂质体等）的理化特性、功能应用（如抗菌、抗氧化、智能指示、改善屏障性能）及其在延长食品货架期、提升安全性方面的潜力，同时审慎评估了其潜在迁移风险与毒理学问题，为未来绿色可持续包装技术的研发提供了重要参考。

　　

摘要

纳米技术为食品的生产和包装带来了革命性的进步。纳米材料（NMs）和纳米生物聚合物在食品包装行业的整合趋势日益明显，这主要得益于其提升产品质量和延长货架期的能力。纳米技术对包装最显著的贡献之一是其能显著延长食品的保质期。本研究审视了各类纳米材料和纳米基聚合物，特别关注了它们在食品包装系统中的理化性质和功能应用。这些材料作为活性剂嵌入包装层，实现了食品质量的智能监测、包装内保鲜以及功能化合物向食品基质的可控释放。受纳米技术影响的关键结构属性包括抗菌功效以及对气体、水分、光和紫外线辐射渗透性的调节。这些增强特性有助于改善食品安全性和保鲜效果。然而，将纳米材料纳入食品接触应用需要严格遵守监管框架，以确保消费者的健康与安全。

1. 引言

近年来，消费者对新鲜、天然且营养丰富的食品需求显著增长。这一转变使包装行业处于全球现代食品系统的前沿，其不仅在保护产品质量方面发挥关键作用，还在支持公共健康方面至关重要。包装日益被视为均衡饮食策略的关键组成部分，并可能通过改善食品安全性和可及性来预防某些饮食失调症。

全球食品工业的总体目标是开发符合不断变化的消费者期望的创新方法和产品。易腐食品，特别是那些需要长期冷藏储存的食品，需要细致的处理和保鲜技术以维持其货架期和营养完整性。其中，肉类产品尤其脆弱——不仅易受微生物腐败影响，还易发生化学降解过程，如脂质和蛋白质氧化。一系列生理和营养参数——包括pH值、水分活度（a_w）和微生物生态——以及环境因素如湿度、温度和包装设计，共同影响着食品的货架期。理解和优化这些变量对于推进食品保鲜技术和确保整个供应链中的产品安全至关重要。

肉类的加工和储存会受到一系列化学、物理和生物反应的影响，这些反应可能显著影响产品质量。其中，氧化过程尤其有害，因为它们会引起感官属性（如颜色、质地和风味）的不良改变，同时也会导致酸败和营养价值下降。脂质和蛋白质氧化过程中活性化合物（包括醛类）的形成值得关注，因为它们对食品安全和消费者接受度均有影响。随着公众对健康问题的认识不断提高以及市场竞争加剧，食品工业日益优先开发新型保鲜策略。这些方法旨在减轻氧化损伤、延长货架期并在整个供应链中维持肉类产品的营养和感官完整性。

当代生鲜食品包装的主要目标包括预防食源性疾病、延缓腐败、增强酶活性以改善肉类嫩度、减少重量损失以及保持颜色和香气。为实现这些目标，该行业已越来越多地采用先进的包装技术，特别是气调包装（MAP），以及新兴创新技术，如智能包装系统、可食用涂层和薄膜、可生物降解材料以及纳米材料解决方案。这些现代包装方法提供了多方面的好处：它们增强了食品安全性，延长了货架期，减少了环境影响，并提高了包装产品对零售商和消费者的美学和功能吸引力。因此，它们代表了食品保鲜策略的关键演变，使技术进步与可持续性和市场竞争力保持一致。

不可生物降解的石油基塑料材料的广泛使用对环境可持续性构成重大威胁。作为回应，食品包装领域出现了一系列创新材料和技术，包括智能包装、活性包装、可生物降解替代品、可食用薄膜和涂层，以及包含纳米材料和纳米生物聚合物的系统。这些进步具有相当大的潜力来减轻环境影响、提高食品安全和质量、延长货架期，并增加包装产品对消费者和零售商的视觉和功能吸引力。纳米技术，特别是通过开发具有新颖特性的纳米级材料、引入先进加工技术以及改善食品生物安全和安全性，有望重塑食品工业。

尽管有这些前景广阔的发展，此类技术在肉类和肉制品中的应用仍然相对有限。因此，有针对性的研究和实施适当的包装策略对于解决与肉类相关的特定保鲜挑战至关重要。本综述旨在探讨用于食品包装的各种类型的纳米材料和纳米生物聚合物，特别关注它们与肉制品的相关性以及使用它们可能带来的潜在风险。

2. 方法

本研究进行了系统的文献综述，以检验纳米技术在食品包装中的应用和特性。采用标准化的检索策略在四个主要电子数据库（PubMed（使用MeSH术语和关键词）、Web of Science、Scopus和Google Scholar）中识别相关研究。检索时间限制在2015年1月1日至2024年12月25日之间发表的文献。在去除重复记录后，根据预定义的纳入和排除标准对研究进行筛选。使用标准化表格进行数据提取以确保一致性和可重复性。纳入研究的质量根据欧洲食品安全局（EFSA）关于食品中纳米材料的指南进行评估。此外，使用方法学质量评估工具（JBI）关键评估清单评估方法学严谨性。

3. 用于食品包装的纳米材料

尽管纳米技术缺乏普遍接受的定义，但它被广泛认为是一个新兴且有前景的领域，专注于开发具有独特理化性质的纳米材料。这些材料通常至少有一个维度在约1-100纳米的范围内。过去五年中，食品纳米技术领域内在纳米材料的合成、表征和应用方面取得了实质性进展。纳米材料由于其物理化学、光学行为、机械强度和催化活性的改变而明显不同于其宏观对应物。其他显著特征包括增强的吸收性、性能效率、减轻的重量、改善的稳定性以及增加的耐化学性。这些属性将纳米技术定位为推进食品包装技术的变革性平台。

将纳米材料纳入食品系统具有若干功能优势。值得注意的是，它们可以减少对某些添加剂（如盐和防腐剂）的需求，同时通过改善活性化合物的生物利用度来增强感官品质——颜色、风味和质地。进一步的优点包括降低对蒸汽和氧气的渗透性、增强机械性能、抑制微生物孢子萌发、生物活性物质的靶向递送以及改善功能成分的稳定性和吸收。此外，纳米材料可能通过增强抑制食品中细菌生长的抗性机制来贡献于抗菌功效。鉴于这些新颖的特性，纳米技术具有革新广泛食品产品（尤其是肉类工业）的生产、加工、包装和零售的巨大潜力。

3.1. 生物聚合物纳米材料

生物聚合物是由重复单体单元组成的可生物降解的大分子，在过去二十年中作为传统合成聚合物的可持续替代品受到越来越多的关注。它们的环境相容性——源于其可生物降解性、无毒性和生物基来源——使它们特别适用于食品包装应用。生物聚合物可以从广泛的生物来源中获取，包括陆生和水生动植物。根据其来源和组成，它们通常分为三大类：多糖、脂质和蛋白质基聚合物。在食品包装的背景下，生物聚合物纳米材料已显示出相当大的效用，特别是在增强食品的耐久性和货架期方面。聚乳酸（PLA）是合成生物聚合物的一个突出例子，它不仅提供结构完整性，还有助于将功能成分纳入食品系统。尽管有优点，生物聚合物基包装膜通常在机械强度、热稳定性和长期加工性能方面存在局限性。这些缺点可以通过加入增塑剂和纳米填料来解决，它们改善了柔韧性、阻隔性能和整体性能。然而，生物聚合物本质上仍然易碎，并且通常对高温条件的耐受性较差，需要持续的研究和开发以优化其工业规模应用的功能性。

3.1.1. 碳水化合物基生物纳米复合材料

碳水化合物基生物纳米复合材料由多个连接的单糖单元组成，是地球上最丰富的天然聚合物类别。植物每年全球多糖的产量远远超过制药工业制造的合成化合物的产量。具有商业意义的多糖的关键例子包括淀粉、几丁质、纤维素和各种海藻衍生的多糖，所有这些都在从造纸到食品加工的不同领域发挥着关键作用。多糖是可再生的、环境友好的且功能多样的材料，在开发可持续包装解决方案方面已获得突出地位。它们在多糖基包装中的应用为石油衍生塑料提供了可行的替代方案，有助于减少环境影响和提高可持续性。值得注意的是，此类包装系统在提高食品保鲜效率方面已显示出潜力，包括优化易腐品的冷冻过程。

3.1.1.1. 淀粉

淀粉颗粒广泛分布于农产品中，包括来自小麦、水稻、玉米、高粱、马铃薯、木薯和豆类等作物的种子、根和块茎。这些颗粒呈现半结晶结构，尺寸范围从1到150 μm，结晶度指数在15%到45%之间，具体取决于作物种类和栽培条件。淀粉主要由两种多糖聚合物组成：直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉因其形成微晶体和分子缠结的倾向而特别受重视，能够形成坚固的薄膜。与合成薄膜相比，淀粉基薄膜更易于改性；然而，糊化淀粉倾向于形成刚性键，导致脆性。这个限制可以通过加入塑料树脂——具有高熔点和低挥发性的材料——来解决，它们通过加强聚合物链之间的分子间相互作用来增强流动性。淀粉与可生物降解聚合物、天然和合成纤维（包括纳米纤维）以及非纤维填料（如碳酸钙、纳米银和粘土）结合，可作为开发具有改进结构和性能的复合材料的通用基质。

3.1.1.2. 纤维素及其衍生物

纤维素是一种由葡萄糖单元组成的多糖，是植物细胞壁的基本结构成分，被认为是地球上最丰富的生物聚合物。其普遍存在性、可生物降解性、可回收性和成本效益使其成为可持续应用的有吸引力的材料。值得注意的是，纤维素表现出良好的成膜性能，包括高吸湿性、有限的水溶性以及显著的结晶能力——这些特性在包装工业中特别有利。各种纤维素衍生物——如甲基纤维素、羧甲基纤维素（CMC）、羟丙基甲基纤维素（HPMC）和羟丙基纤维素——已被广泛用于开发环保和可食用的薄膜和涂层。电纺复合纳米纤维基于CMC表现出足够的机械完整性、形态均匀性和结构稳健性，使其成为食品包装应用的合适候选者。纤维素纳米结构常被用作增强剂，并可作为将各种功能成分纳入包装薄膜的基质。这些纳米增强剂已被证明可以改善聚合物系统的理化和流变性质。

3.1.1.3. 几丁质和壳聚糖

壳聚糖是几丁质的共聚物衍生物，由D-葡萄糖胺和N-乙酰基-D-葡萄糖胺单元组成。它天然存在于真菌的细胞壁和甲壳类动物的外骨骼中。由于其优异的凝胶形成能力和封装特性，壳聚糖在生物活性化合物的递送和保护方面受到了显著关注，特别是在涂层应用中。壳聚糖/纳米氧化锌（ZnO）复合薄膜对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）表现出显著的抗菌活性。类似地，壳聚糖基复合纳米层结合银纳米颗粒对单核细胞增生李斯特菌（L. monocytogenes）和大肠杆菌具有强大的抗菌效力。壳聚糖作为肉类产品的涂层材料已被证明能通过抑制微生物增殖有效减少腐败。

3.1.1.4. 海藻酸盐

海藻酸盐是一种天然存在的多糖，主要从棕色海藻中提取，也在一定程度上来自某些细菌物种。它因其稳定、成膜和凝胶特性，以及其生物可利用性、成本效益和环境可持续性而广受认可。海藻酸盐基薄膜以高透明度和显著的机械强度为特征。然而，由于其在抗菌功效、紫外线（UV）屏蔽能力和水屏障性能方面的固有缺陷，其在食品涂层中的应用受到限制。为了解决这些局限性，通过各种纳米填料（如纳米纤维素、氧化铜（CuO）和氧化锌（ZnO）纳米颗粒）的掺入，开发了各种海藻酸盐基纳米复合材料，增强了所得材料的功能特性。

3.1.1.5. 卡拉胶和富克雷兰

卡拉胶是一种从红藻（红海藻）中提取的硫酸化多糖，由D-半乳糖和D-脱水半乳糖的交替单元组成。其优异的成膜能力使其成为开发可生物降解薄膜和涂层的有前途的候选材料。卡拉胶、银纳米颗粒和锂皂石的复合纳米颗粒系统表现出增强的粘附性和拉伸强度，降低的水和氧气蒸气传输速率，以及对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的有效抗菌活性。此外，将二氧化硅（SiO?）和氧化锌纳米颗粒掺入卡拉胶基质中已被证明能显著改善机械强度、水蒸气阻隔性能、抗菌功效和紫外线屏蔽能力。卡拉胶的可食用薄膜已被广泛应用于抑制油性和干固体食品、家禽、鱼和肉的脱水，并用于各种目的，如制作香肠肠衣。

富克雷兰是一种由半乳吡喃糖单元组成的硫酸化多糖，天然以钾、钠、钙和镁盐的复杂混合物形式存在。其固有的透明度和成膜能力使其成为增强包装材料功能性能的有前途的候选者。最近的进展探索了将纳米填料——如磁赤铁矿纳米颗粒、氧化石墨烯和碳量子点——掺入富克雷兰基薄膜中。这些复合材料已显示出显著的抗菌活性，有效抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和肠道沙门氏菌（S. enterica）的生长。观察到的生物活性主要归因于富克雷兰聚合物基质内反应性硫酸基团的存在，这些基团促进了微生物抑制。

3.1.1.6. 果胶

果胶是一种植物源性多糖，位于细胞壁中，主要由半乳糖醛酸单元组成。其良好的机械强度和阻隔性能使其在食品包装系统中得到广泛应用。用果胶和精油纳米乳液配制的可食用涂层已被探索作为肉类保鲜的有效策略，因为它们能够抑制微生物生长并延长货架期。果胶基可食用薄膜结合纳米二氧化钛、甘薯淀粉和柠檬废料的研究表明，复合薄膜表现出改善的机械完整性、降低的溶解度和增强的防潮性能。此外，这些薄膜显示出作为可生物降解的、食品级包装材料的潜力，并具有紫外线屏蔽能力。此外，由果胶和银纳米颗粒（AgNPs）组成的纳米复合薄膜显示出强大的抗菌活性，特别是针对常见的食源性病原体，如单核细胞增生李斯特菌和大肠杆菌。

3.1.1.7. 普鲁兰多糖

普鲁兰多糖是一种由麦芽三糖单元组成的多糖聚合物，通常从真菌发酵培养基中提取。其独特的成膜能力引起了食品包装应用的极大兴趣。然而，由于制造成本高，大规模生产在经济上仍然具有挑战性。普鲁兰多糖利用的最新进展包括开发纳米涂层，其中生物聚合物直接沉积在塑料表面上，从而产生优异的氧气阻隔性能。在有限的关于普鲁兰多糖基系统的研究中，一项值得注意的研究评估了由普鲁兰多糖基质与百里香酚、月桂酰精氨酸乙酯和乳酸链球菌肽（nisin）整合组成的活性包装薄膜。该配方旨在抑制食源性病原体的生长，包括单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌属，特别是在肌肉食品中。结果强调了普鲁兰多糖基薄膜作为有效抗菌包装解决方案的潜力。

3.1.1.8. 其他

植物胶在食品工业中有着悠久的应用历史，归因于其多样的功能特性。这些物质都是多糖，表现出独特的理化特性，使其在各种配方中具有价值。显著的例子包括瓜尔胶、刺槐豆胶、阿拉伯胶、琼脂、结冷胶和木质素。

3.1.2. 蛋白质基纳米复合材料

纳米复合材料已从多种基础材料中开发出来，其中蛋白质基纳米复合材料代表了一个成熟且多功能的类别。这些纳米复合材料的功能特性和应用在很大程度上取决于其配制过程中使用的特定蛋白质来源。

胶原蛋白是动物组织中最丰富的结构蛋白，存在多种同种型，并在可食用薄膜和涂层的开发中起着关键作用。其水解衍生物明胶也因其成膜能力而广泛用于食品包装。胶原蛋白基薄膜表现出良好的机械性能；然而，在高相对湿度条件下，它们对水分具有渗透性。相比之下，明胶提供了额外的功能优势，包括抗菌和抗氧化活性，这增强了其在活性包装系统中的效用。

丝绸是一种天然生物聚合物，以其卓越的机械性能而闻名，包括高拉伸强度和延展性，以及其生物相容性、可生物降解性和低免疫原性。丝素薄膜（SF）通常由纳米球或纳米丝组成，已被广泛研究用于生物医学和包装应用。其中，单丝蛋白制造的排列纤维在充分水合时表现出增强的韧性和延展性，突显了它们在先进材料系统中的潜力。

玉米醇溶蛋白是玉米中主要的储存蛋白，其特征是在溶液中具有高含量的α-螺旋结构，导致其显著的疏水性。由于其成膜能力，玉米醇溶蛋白已被广泛用于开发可食用包装材料。这些薄膜已被证明在延缓脂质氧化（酸败）、增强机械性能、改善柔韧性、延迟水分损失和最小化储存期间的颜色变化方面有效。玉米醇溶蛋白基薄膜的一个显著优势在于其与各种天然抗菌剂（其中许多被归类为生物防腐剂）的相容性。这种相容性促进了生物活性化合物融入玉米醇溶蛋白基质，使得能够设计延长货架期和改善食品安全的活性包装系统。

酪蛋白是牛奶中主要的沉淀蛋白，以其含磷的分子结构而著称。酪蛋白基薄膜表现出良好的阻隔性能，使其适用于各种包装应用。然而，一个显著的局限性出现在干燥过程中，薄膜倾向于收缩，导致脆性增加和机械柔韧性降低。

大豆蛋白是一种从豆油提取副产品中获得的生物聚合物，因其成膜能力而广受认可。由大豆蛋白生产的薄膜通常比其他蛋白质基薄膜更透明、成本效益高、光滑且柔韧。大豆蛋白薄膜最显著的特性之一是在低相对湿度条件下优异的氧气阻隔性能，这对于防止肉制品中的氧化腐败特别有利。尽管有这些好处，大豆蛋白薄膜面临几个限制，阻碍了其更广泛的应用。这些包括对湿度的敏感性、潮湿条件下的刚性、过敏性、相对较低的机械强度以及与常规合成材料（如低密度聚乙烯（LDPE））相比较差的热密封性。在追求可持续包装解决方案的过程中，各种其他蛋白质——如乳清蛋白、鳕鱼蛋白、蛋壳膜、蛋清蛋白、牛血清白蛋白、小麦面筋和酶解蛋白衍生物——正在被研究作为可生物降解薄膜开发的潜在原材料。

3.2. 生物相容性纳米结构

生物纳米颗粒表现出广泛的结构多样性，并且通常以其生物相容性和可重复性为特征，使它们能够履行多种生物学功能。这些纳米结构已被广泛应用于各个领域，包括生物纳米技术、药物递送、食品工业、化妆品、农业和组织工程。

乳液被定义为两种或多种不混溶液体（通常是水和油）的混合物，它们不易结合。纳米乳液特别因其作为亲脂性生物活性化合物（包括抗氧化剂、调味剂、药物和防腐剂）的载体作用而受到关注。其纳米级液滴尺寸增强了封装成分的生物利用度。研究表明，纳米乳液可以通过控制释放活性化合物有效抑制沙门氏菌属和大肠杆菌的增殖，而不影响产品完整性、感官属性或质地。尽管有前景的应用，对纳米乳液潜在毒理学和不良反应的担忧仍然存在。小液滴尺寸可能影响环境中的重力分离动力学并干扰正常的胃肠道功能，需要进一步研究其安全性概况。

纳米粘土具有天然存在的纳米层状结构，并且由于其低成本和相对丰富的储量，在食品储存和包装应用中具有相当大的前景。各种类型的纳米粘土——如蒙脱石、Cloisite 15A、30B和20A——已被用于制造纳米复合材料。这些纳米粘土通常与聚合物（包括尼龙、聚乳酸（PLA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚乙烯）整合，以生产纳米粘土-聚合物复合材料。粘土纳米颗粒有助于增强可生物降解食品包装系统的机械性能、改善水和气体阻隔性能以及抗菌功能。然而，对粘土纳米颗粒可能迁移到食品产品中的担忧仍然存在，考虑到天然粘土的异质元素组成。

纳米层压板由两个或多个纳米级厚度的材料层组成，通过化学或物理方式结合。在各种制造技术中，逐层（LbL）沉积被认为是构建纳米层压结构最有效的方法之一。可食用纳米层压板使用一系列食品级吸附剂配制，包括多糖、蛋白质、脂质和胶体颗粒（如囊泡、胶束和液滴），通过相对简单的加工技术。它们的功能可以通过加入活性化合物（如抗褐变剂、抗菌剂、着色剂、抗氧化剂、修饰酶和调味剂）来定制。这些添加剂不仅增强了食品产品的感官和质地属性，还有助于延长货架期和营养保存。

纳米封装是纳米技术的一个突出且迅速扩展的应用，特别是在制药和食品工业中，用于保护敏感成分免受环境降解。微封装技术被广泛用于控制释放动力学、掩盖不良风味（如药物的苦味）、增强生物利用度，并促进功能成分（如生物活性化合物和益生菌）融入食品基质。这些封装的成分受益于改善的溶解性、稳定性和抗降解性。已经出现了各种封装方法，每种方法在食品级应用中都具有明显优势。这些包括乳化、包含络合、凝聚、溶剂蒸发、纳米沉淀和超临界流体技术。纳米胶囊辅助的食品加工提供了多重好处，包括防止氧化损伤、易于处理、水分触发和pH响应的控制释放、多种活性剂的持续递送以及理想感官特性的 prolonged retention。

纳米管在食品系统中的应用主要源于碳纳米管（CNTs）的独特性质，碳纳米管因其固定抗体和促进生物传感的能力而已显示出在食源性病原体检测方面的潜力。碳纳米管高度耐机械应力和热降解，并且它们表现出有利的特性，如高存储容量、粘度调节、凝胶行为以及无机和有机污染物（特别是重金属）的有效吸附。葡萄籽油负载的纳米纤维应用于鱼样品，导致嗜温需氧菌总数显著减少，硫代巴比妥酸（TBA）值降低，并延迟霉菌和酵母的快速生长。此外，用乳酸链球菌肽（nisin）活化的纤维素纳米纤维基薄膜在体外对无害李斯特菌（L. innocua）和热杀索丝菌（Brochothrix thermosphacta）表现出抗菌活性。值得注意的是，这些活性薄膜还导致汉堡样品中李斯特菌种群立即减少，强调了它们通过靶向微生物抑制增强食品安全的潜力。

纳米传感器已成为食品包装系统中一项有前景的技术，可实时监测食源性病原体和与腐败相关的化学指标。这些传感器可以集成到包装材料中，以检测微生物生长和食品降解过程中产生的挥发性化合物和代谢物。在腐败时，包装材料可能发生可见的变化——例如颜色变化——或释放特定气体，从而向消费者提供关于产品状况的即时视觉或嗅觉线索。先进的纳米传感平台，包括纳米气体传感器和纳米智能尘埃，能够检测环境变量，如湿度、气体成分、温度和微生物副产物。常用的纳米传感器技术包括基于碳纳米管的传感器、生物传感器阵列、电子鼻和电子舌系统、纳米机电系统（NEMS）和微流体设备。这些系统可以用各种纳米颗粒功能化，以选择性识别食源性病原体，如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、空肠弯曲菌（C. jejuni）、蜡样芽孢杆菌（B. cereus）、沙门氏菌属和副溶血性弧菌（V. parahaemolyticus），以及毒素如黄曲霉毒素B1。重要的是，纳米传感器能够实现现场检测，无需实验室分析，允许消费者通过包装的可观察变化直接评估食品质量。一些纳米传感器也被开发用于检测食品材料中的致癌化合物，进一步增强了它们在食品安全和公共健康中的作用。

纳米脂质体是封装纳米级胶束的双层脂质囊泡，使其适用于各种生物和工业应用和储存。这些囊泡能够逐渐释放封装化合物——如精油——从而增强薄膜和涂层的抗菌功效。在结构上，纳米脂质体由磷脂组成，磷脂是脂质体和纳米脂质体的基本构建块。这些磷脂通常形成双层，并包括具有大极性头基的双链脂质，如磷脂酸、磷脂酰胆碱和磷脂酰丝氨酸。这种独特的分子结构促进了它们在食品加工、农业和制药领域的广泛应用，特别是作为生物活性化合物的保护、修饰和靶向递送的封装系统。纳米脂质体的纳米级尺寸导致高表面积与体积比，这增强了吸收效率并支持环保加工。这种结构优势有助于改善控制释放曲线、增加营养素的生物利用度、增强活性成分的溶解度以及生物系统内的精确定向。

3.2.1. 纳米颗粒

3.2.1.1. 银（Ag）

银纳米颗粒（AgNPs）是稳定的纳米材料，颗粒尺寸范围从1到100纳米，表现出独特的物理、化学和抗菌性能。由于其环境相容性和与许多常规金属相比的优越性能，AgNPs在各种应用中受到了相当大的关注，特别是在抗菌包装系统中。在聚合物基纳米复合材料中，纳米银常被用作抗菌剂，归因于其对多种微生物的广谱毒性。AgNPs的抗菌机制涉及多种途径，包括细胞表面粘附、膜破坏、凹坑形成、细胞内渗透、DNA损伤和银离子（Ag?）的释放。这些相互作用损害了外部细胞包膜和细胞质膜，最终导致微生物细胞死亡。在肉类保鲜方面，嵌入银纳米颗粒的聚合物薄膜作为AgNPs持续释放的载体，从而通过微生物抑制延长货架期。聚乙烯复合膜含有AgNPs，报道了对大肠杆菌的显著抗菌效力。此外，AgNPs已被纳入各种生物聚合物基质中，以抑制广泛微生物的生长，包括金黄色葡萄球菌、酿酒酵母（S. cerevisiae）、单核细胞增生李斯特菌、枯草芽孢杆菌（B. subtilis）、铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）、蜡样芽孢杆菌、鼠伤寒沙门氏菌（S. Typhimurium）和肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）。

3.2.1.2. 铜（Cu）

历史记录表明，铜最早被古埃及人和罗马帝国用于预防伤口感染。今天，铜仍然是公共卫生应用中最重要的金属之一，通常被认为是安全的。在膳食来源中，铜通常以离子或盐形式存在，并存在于各种食品中，包括鱼、肉、绿色蔬菜和核桃。其抗菌功效源于其抑制病原菌生长的能力，使其成为食品加工和保鲜中有价值的组成部分。铜的抗菌机制涉及对细胞成分的氧化损伤。具体来说，蛋白质途径的氧化导致活性氧（ROS）的产生，进而损害核酸（DNA和RNA）并通过脂质过氧化和蛋白质氧化损害膜完整性。铜已成功融入合成和生物基聚合物——如聚乙烯和壳聚糖薄膜——用于活性食品包装系统。铜纳米颗粒（CuNPs）在嵌入聚合物复合材料时，已证明对多种微生物具有有效的抗菌活性，包括酿酒酵母、大肠杆菌、链球菌属（Streptococcus spp.）、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和单核细胞增生李斯特菌。这些发现强调了铜基纳米复合材料作为增强食品安全和延长货架期的多功能材料的潜力。

3.2.1.3. 金（Au）

在纳米生物技术领域探索的各种纳米颗粒中，金纳米颗粒（AuNPs），也称为金胶体，因其独特的物理化学性质和广泛的适用性而受到了显著关注。通常尺寸范围从1到100 nm，AuNPs高度稳定，并提供若干优势，包括易于合成和直接功能化各种生物分子，如抗体、蛋白质和核酸。AuNPs最显著的特征之一是其卓越的光学性质，这些性质源于表面电子的结合。这些特性可以通过改变颗粒的尺寸、组成和表面化学来调节或增强。此外，AuNPs对各种离子表现出强亲和力，并且它们的固定化对缀合生物分子的功能活性影响最小。它们的生物相容性和细胞摄取效率进一步支持了它们在生物医学应用中的使用。在机制上，AuNPs通过与细菌DNA相互作用发挥抗菌作用，导致酶功能破坏并最终导致细胞死亡。当与常规抗生素结合时，AuNPs已被证明能增强抗菌效力，特别是针对病原体如金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。

一项最近使用金纳米颗粒（AuNPs）的比色研究被开发用于通过检测生物胺——特别是组胺——和挥发性硫化物化合物（如二甲硫醚、二甲二硫醚和二甲三硫醚）来监测甲壳类动物、生鱼和培根的腐败。与特定生物标志物相互作用后，会发生从较