综述：利用双层不对称薄膜控制果蔬包装湿度以减少采后损失

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Humidity control in fruits and vegetables packaging using bilayer asymmetric films for reduced postharvest losses

本文系统综述了通过双层不对称薄膜调控果蔬包装内相对湿度（RH）以降低采后损失的新策略。文章重点探讨了利用纳米填料优化薄膜结构、降低水蒸气透过率（WVP），以及整合具有可逆吸附-解吸功能的自主湿度控制材料（AHCMs，如金属-有机框架MOFs）实现动态湿度调控的机制。作者提出不对称薄膜设计（疏水外层阻隔水汽，亲水内层整合AHCMs）能有效平衡保湿与防结露需求，并为开发智能湿度调控保鲜膜提供了理论和技术路径。

　　

采后水分流失与果蔬品质劣化

新鲜果蔬的含水量高达75%–95%，水分对其维持新鲜度至关重要。采后处理、运输和储存过程中，果蔬会因蒸腾作用持续失水，即使轻微的水分损失也会导致萎蔫、硬度下降，显著影响其商品价值。水分主要通过果蔬表面的气孔和皮孔散失，这一过程不仅造成物理性状改变，还会引发细胞结构解体、生理代谢紊乱等一系列分子层面的负面响应，加速品质劣变。

高湿环境的保鲜作用与矛盾

贮藏环境的相对湿度对抑制果蔬水分流失起着关键作用。大多数果蔬的最佳贮藏RH范围为85%–98%。高RH环境能减少果蔬组织与环境间的水分迁移，维持水分平衡，保护细胞结构，从而保持果蔬的硬度和质地。同时，高RH有助于维持较低的呼吸速率，防止有害代谢物积累，延缓衰老并增强抗逆性。

然而，高RH（>95%）也带来挑战，易导致包装内结露，为微生物生长创造条件，引发腐烂。此外，对于大蒜、洋葱、苹果、香蕉和柑橘等部分果蔬，高湿环境可能诱发发芽、生根、霉变、褐变及其他生理病害。因此，湿度控制的核心矛盾在于如何最大化高RH在防止水分流失方面的益处，同时 mitigating 由结露和过高湿度引起的微生物腐败及生理损伤风险。

薄膜包装内的水分迁移

薄膜包装是保鲜果蔬的主流技术，其主要功能之一是调控包装内部的微环境RH。包装材料的水蒸气阻隔性能至关重要，它直接影响内部RH的稳定性。水分迁移行为可用气体渗透理论（溶解-扩散模型）来解释。水分子在聚合物薄膜中的渗透受到聚合物自由体积和链迁移率的影响。通过引入纳米填料，可以延长水分子的扩散路径，增加扩散曲折度，减少聚合物自由体积，从而有效降低薄膜的水蒸气透过率。

薄膜包装的湿度控制策略

为实现包装内RH的精确调控，当前技术主要聚焦于两大策略：

1. 1.
   优化薄膜结构以增强其内在水蒸气阻隔性能。例如，掺入一维纤维素纳米纤维、二维氧化石墨烯（GO）或氮化硼、三维纳米GO或氮化硼，以及三维硒纳米颗粒等纳米填料，利用其纳米效应提升薄膜的阻湿性。
2. 2.
   设计集成自主湿度控制元件（AHCMs）的薄膜材料和结构。这类材料能够通过可逆的吸附和解吸过程动态调节包装内的湿度，降低结露风险。金属-有机框架（MOFs）因其可定制的孔结构和S型吸附等温线，在实现精确湿度控制方面展现出巨大潜力。

不对称双层薄膜的湿度控制应用

具有互补特性的可生物降解双层薄膜在提升包装效能方面潜力巨大。不对称双层薄膜设计的特点是：疏水外层作为水分屏障，阻止环境水汽侵入；亲水内层则整合AHCMs，用于吸收或释放水分以动态调节内部湿度。这种协同设计能有效平衡保湿与防结露的需求，在包装内维持RH稳态，从而延长果蔬货架期。

未来展望

尽管在理解水分流失机制和开发复合薄膜方面取得了进展，薄膜包装的湿度控制仍面临挑战。未来研究应集中于：(1) 开发温湿度响应材料，实现RH的实时动态调控；(2) 优化这些材料的加工性能和环境效益；(3) 集成物联网传感器和空调系统，构建数字化保鲜模型。这些努力将为开发高效、智能的果蔬保鲜系统，减少采后损失，保障全球粮食安全和可持续性提供重要支撑。