综述：可持续生物质材料：基于纤维素的活性与智能包装

这篇综述系统探讨了纤维素基活性(AP)与智能包装(IP)的最新研究进展，重点分析了纤维素纳米纤维(CNF)、细菌纳米纤维素(BNC)和纤维素纳米晶体(CNC)的分类及其在食品保鲜中的应用机制。文章详细阐述了抗菌、抗氧化、吸氧型活性包装的构建策略，以及pH/气体指示剂、传感器、数据载体等智能包装技术，为开发绿色可持续食品包装系统提供了重要参考。

　　

纤维素分类与化学结构

作为地球上最丰富的生物聚合物，纤维素年产量高达1.5×10¹²吨，广泛存在于树木(45-50%)、草本植物(30-40%)和棉纤维(88-96%)中。其分子由D-葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接，表面丰富的羟基形成强氢键网络，赋予优异的机械性能。通过酸水解、高压均质等方法可制备三类纳米纤维素：直径5-50nm的CNF、刚性棒状CNC(4-25nm×100-1000nm)，以及细菌分泌的BNC。功能化改性如酯化、醚化、磷酸化等可显著提升其疏水性、热稳定性和功能响应性。

活性包装的定义与分类

活性包装通过整合抗菌剂、抗氧化剂等活性成分，能主动延长食品货架期。纤维素基活性包装主要分为：

1. 抗菌型：采用天然抗菌剂(如柑橘精油)、有机抗菌剂(季铵盐)或无机抗菌剂(Ag⁺/ZnO纳米颗粒)，其中N-卤胺改性CNC对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率达99.999%
2. 抗氧化型：添加槲皮素、α-生育酚等成分，如羧甲基纤维素(CMC)/聚乙烯醇(PVA)薄膜可将猪肉保质期延长35-70天
3. 吸氧型：利用铁粉、抗坏血酸等清除包装内氧气，维持氧浓度低于0.1vol%

智能包装的创新应用

智能包装系统通过实时监测实现食品质量可视化：

• 指示剂包装：TEMPO氧化纳米纤维素(TOCNF)与Zn²⁺交联形成的凝胶，负载溴百里酚蓝后可快速响应鸡肉腐败产生的pH变化
• 传感器技术：细菌纤维素纳米晶体(BCNCs)负载AgNPs的薄膜遇H₂S会由浅色变为深褐，实现腐败气体检测
• 数据载体：羟乙基纤维素改良的RFID标签经800次弯曲仍可稳定读取，整合DCNN算法的比色条码对肉类新鲜度识别准确率达98.5%

挑战与前景

当前面临亲水性过强、活性成分负载效率等技术瓶颈。未来需开发集成AP/IP的智能系统，通过规模化生产降低成本。纤维素基包装的可回收设计将推动食品供应链向透明化、可持续化方向发展，最终实现"从农场到餐桌"的全链条质量监控。