综述：碳点负载复合膜在食品保鲜与新鲜度监测中的研究进展

《Food Bioscience》：Recent advances in carbon dots-loaded composite films for food preservation and freshness monitoring: A review

本综述系统阐述了碳点（CDs）在食品包装领域的创新应用，重点介绍了其抗菌/抗氧化机制及荧光特性在智能包装中的价值。文章详细分析了CDs的合成方法、功能特性（如抗菌活性、抗氧化性）及安全性，探讨了CDs与天然聚合物（如壳聚糖、PLA）复合膜的协同增效作用，并展望了其与物联网（IoT）、机器学习技术融合的未来趋势，为新一代活性包装材料开发提供理论支撑。

　　

碳点（CDs）作为一种尺寸小于10 nm的碳基纳米材料，自2004年被偶然发现以来，因其独特的抗菌活性、抗氧化性能和可调荧光特性，在食品保鲜与智能监测领域展现出巨大应用潜力。本综述将系统梳理CDs-loaded复合膜的最新研究进展。

CDs的合成方法

CDs的合成策略主要分为自上而下和自下而上两类。自上而下法是通过电弧放电、激光烧蚀等物理或化学手段将石墨、碳纳米管等块状碳材料破碎成纳米级CDs；自下而上法则利用柠檬酸、葡萄糖等小分子或生物质前体，通过水热法、微波法等方法合成。绿色合成路线利用柑橘皮、作物秸秆等生物质原料，在实现废弃物资源化的同时赋予CDs良好的生物可降解性，符合可持续发展理念。

CDs的功能特性

CDs的功能特性主要取决于其表面官能团组成和掺杂元素。其中，抗菌活性和抗氧化活性最为突出，是其在抗感染材料、食品保鲜等领域应用的关键驱动因素。CDs的抗菌机制可能涉及物理损伤细胞膜、诱导氧化应激、抑制代谢酶活性等；抗氧化机制则与清除自由基、螯合金属离子等有关。此外，CDs卓越的荧光特性，如激发波长依赖性、pH响应性等，使其成为智能新鲜度监测的理想传感元件。

CDs的安全性评估

随着CDs在食品包装等领域的广泛应用，其生物相容性及潜在毒性备受关注。研究表明，CDs的毒性与其表面化学性质、尺寸、剂量及暴露途径密切相关。部分CDs在低浓度下表现出良好的生物相容性，但高浓度或特定表面修饰可能引发细胞毒性。目前研究仍需系统评估其长期迁移规律、体内代谢行为及环境归宿，以确保其应用安全。

天然聚合物复合膜的应用

以多糖、蛋白质为代表的天然生物聚合物包装材料虽具生物可降解性，但存在紫外线阻隔能力差、耐水性弱、机械强度不足及功能单一等局限。CDs作为新型纳米填料，可显著提升复合膜的紫外线阻隔性、阻水性、力学性能，并赋予其抗氧化/抗菌功能。例如，CDs/聚乙烯醇（PVA）复合膜能有效延长香蕉、枣子和油炸肉丸的保质期；壳聚糖修饰的钠掺杂CDs膜（CHT/Na-CDs）对金黄色葡萄球菌（S. aureus）表现出显著抗菌活性。

CDs-loaded复合膜在食品领域的应用

CDs-loaded复合膜通过抑制微生物增殖、延缓脂质氧化和蛋白质变性，有效维持食品新鲜度。其荧光特性可用于实时监测食品品质变化，如通过荧光信号响应pH、挥发性胺类等腐败指标，实现对牛肉、鱼虾、果蔬等食品的智能监控。例如，基于CDs的荧光传感器可灵敏检测鱼类新鲜度相关的三甲胺（TMA）气体。

挑战与未来趋势

尽管CDs在食品包装中潜力巨大，但其规模化生产和实际应用仍面临挑战。合成方法的批间差异性、功能可控性以及成本效益是产业化瓶颈。未来研究需聚焦于绿色、标准化合成工艺开发，深化CDs与食品基质相互作用机制研究，并推动其与物联网（IoT）、机器学习技术集成，构建实时、智能的食品质量监控网络。

结论

CDs-loaded复合膜凭借其增强的包装性能（如紫外线阻隔、机械强度）和双重功能（保鲜+监测），为智能活性包装材料的发展提供了新思路。通过金属/杂原子掺杂和表面功能化可进一步提升其性能，未来与先进技术的融合将推动食品包装向智能化、可持续化方向革新。