综述：包装材料的演进历程：从叶片到塑料再到纤维素纤维与智能技术的启发式旅程

本综述系统梳理了包装材料从远古天然材料到现代合成塑料，再到可持续生物聚合物（如纤维素、淀粉、壳聚糖）和智能技术的演进历程，重点探讨了生物降解包装在促进循环生物经济（circular bioeconomy）、减少碳足迹和提升食品包装功能性与环境友好性方面的前沿趋势与挑战。

　　

Historical milestones

包装的历史可追溯至人类文明初期，早期人类使用树叶、动物皮毛、果壳和竹筒等天然材料包裹和储存食物。约公元前1500年，玻璃容器以石灰石、苏打、沙子和二氧化硅为原料制成，用于存贮水和食物。公元前200年左右，桑树皮片被用于食品运输，而纸张在公元105年由竹子制造出现。这些原始方法不仅解决了基本保护需求，还体现了古人的艺术创造力，为现代包装技术奠定了基石。

Present developments

现代包装材料主要包括玻璃、金属、纸与纸板、塑料及合成生物聚合物。玻璃包装透明、惰性且阻隔性强，但易碎、生产成本高且存在光降解风险；金属包装（如罐、箔袋）耐用且能有效阻隔氧气和水分，但易腐蚀并影响食品品质；纸类材料虽可生物降解，但防潮性和屏障性差，且涉及森林生态问题。塑料包装自20世纪兴起，以其轻质、耐腐蚀、机械性能优异和低成本成为主导材料，2022年全球产量达400.3百万吨。然而，塑料中的化学添加剂可能迁移至食品中，其降解产生的微塑料（microplastics）和纳米塑料（nanoplastics）对海洋生物和人类健康构成威胁，如通过海鲜摄入导致先天畸形、免疫调节异常和内分泌紊乱。

Natural biopolymers

为应对塑料污染，天然生物聚合物成为研究热点。这类材料源自植物、动物和微生物，包括纤维素、淀粉、壳聚糖（chitosan）、木质素、蛋白质和脂质等，可在土壤中自然降解，无需工业堆肥。例如，淀粉基薄膜具有良好的成膜性和生物相容性；纤维素衍生物具高强度和阻隔性；壳聚糖具有抗菌特性。表4和表5列出了相关专利及机械与屏障性能数据，显示这些材料在食品包装中的应用潜力。此外，农业废弃物和食品副产物的资源化利用（valorization of biowaste）进一步推动了可持续包装的发展。

Future trends

全球食品包装市场预计从2025年至2030年以5.9%的复合年增长率（CAGR）增长，到2050年全球人口将达100亿，推动了对食品包装安全与可持续性的需求。未来趋势聚焦于活性包装（active packaging）和智能包装（intelligent packaging），前者通过释放防腐剂或吸收剂延长食品保质期，后者利用传感器指示食品新鲜度或温度变化。生物降解包装的研究呈指数增长，预计到2040年相关出版物将达116,681篇，较当前水平增长显著。这些创新旨在减少碳足迹、增强可持续性，并实现功能与环保的平衡。

Regulatory aspects

包装材料的监管强调安全性、环境合规性与性能标准。在美国，食品接触材料由FDA根据21 CFR 170-199规范，确保无有害物质迁移；欧盟通过EC 1935/2004和REACH法规管理化学物质使用。生物降解包装需符合ASTM D6400或EN 13432等标准，证明其可堆肥性。标签需明确标注材料成分和处置方式，以引导消费者正确回收。监管框架旨在保障公共健康的同时，促进环境可持续发展。

Conclusions

包装从原始天然材料发展到现代合成塑料，再回归到生物基可降解材料，体现了人类对功能与环保的双重追求。当前研究致力于利用天然生物聚合物和智能技术解决塑料污染问题，推动循环生物经济实践。未来，通过减少碳足迹、提升材料性能和创新设计，包装系统将更高效、安全且环境友好，为全球可持续发展提供关键支持。

CRediT authorship contribution statement

Sumi Regmi：可视化、验证、软件、方法论、调查、形式分析、数据整理、初稿撰写。Sandeep Paudel：可视化、验证、软件、方法论、调查、形式分析、数据整理、初稿撰写。Srinivas Janaswamy：监督、资源、项目管理、资金获取、概念化、文稿审阅与编辑。

Declaration of competing interest

作者声明无任何财务或个人关系可能不当影响本研究工作，所有作者均直接参与分析并撰写本综述。

Acknowledgments

感谢美国农业部国家食品与农业研究所（SD00G677-20、2021-67022-33469、SD00H772-22）、国家苜蓿与饲草联盟、 USDA农业研究局（58-5010-3-012）、明尼苏达大豆研究与推广委员会（MSR&PC No. 10-10-40-23022；MSR&PC No. 10-10-25047）及明尼苏达小麦研究与推广委员会（11-29-77-25001）的支持，以及匿名评审者的宝贵建议。