综述：用于活性食品包装的纤维素纳米纤维稳定的皮克林乳液：综述

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Cellulose nanofiber-stabilized Pickering emulsions for active food packaging: A review

CNFs作为生物基Pickering乳液的稳定剂，在食品包装中兼具可降解性和多功能性，通过优化油水界面结构实现机械强化、气体阻隔及活性成分缓释。

　　

曹华强|李琪|刘诗琳

湖北省中医药生物技术重点实验室，湖北大学健康科学与工程学院，武汉430062，中国

摘要

背景

活性包装是一种先进的技术方法，它不仅提供物理保护，还能主动保持食品质量并延长保质期。鉴于基于石油的塑料所带来的可持续性挑战，纤维素纳米纤维（CNFs）作为一种有前景的生物基固体颗粒稳定剂，被用于无表面活性剂的皮克林乳液（PEs）中。与其他食品级生物大分子相比，CNFs具有可再生性、可调表面化学性质和高长径比等独特优势。这些特性使CNFs能够有效稳定PEs，从而促进多功能活性包装系统的开发，提高其阻隔性能、机械强度和控释功能。

范围和方法

本综述系统总结了CNF稳定PEs在食品包装领域的发展和应用进展，重点关注油水界面工程。文章涵盖了CNF的新来源（如咖啡渣和吸管）、制备方法，以及CNF结构、乳液性能和包装功能之间的关键关系，全面探讨了它们在先进食品包装系统中的作用。

主要发现和结论

来自各种天然材料的CNFs为乳液提供了独特的结构特性。CNFs及其稳定的PEs表现出极低的细胞毒性，这表明它们适用于可食用和可生物降解的包装。通过皮克林界面工程，可以精确调节所得包装材料的功能性能，包括阻隔性、机械性能和主动释放特性。尽管取得了显著进展，但在扩大生产规模、确保成本效益以及在实际食品应用中验证效果方面仍存在挑战。未来的研究应侧重于绿色加工路线，并促进商业化应用，以满足不断变化的行业需求。

引言

食品包装在现代食品工业中发挥着重要作用，它不仅是物理屏障，也是延长保质期、减少食品浪费和保持食品感官及营养价值的关键手段（曹等，2025）。近年来，由于保存不当，全球每年有近三分之一的食品产量损失，这凸显了高性能包装作为减少浪费和提高供应链可持续性的有效策略的必要性（洁英等，2024）。然而，传统的基于石油的塑料大多不可生物降解，对环境污染和资源枯竭贡献巨大，这与长期可持续发展目标相悖。因此，从可再生资源开发多功能、可生物降解的包装变得越来越紧迫，这一趋势受到联合国可持续发展目标（SDGs）和消费者对环保替代品日益增长的偏好的推动（巴罗内等，2025）。在这种背景下，活性食品包装受到了重视，它不仅具备基本的阻隔和保护性能，还具备抗菌和抗氧化活性以及控释机制，以满足现代食品保存的复杂需求（黄和王，2025）。

目前开发活性食品包装的策略包括将天然生物活性剂（如抗氧化剂、抗菌肽或精油）掺入聚合物基质中（王等，2024），应用功能性涂层或多层薄膜来延长活性化合物的效果（刘等，2024），以及利用纳米颗粒或无机填料来增强性能（高等，2025）。然而，这些方法仍面临活性成分快速释放、加工复杂和潜在食品安全问题等挑战。在这种背景下，基于乳液的系统因能够封装、保护和控制生物活性化合物的释放而受到广泛关注（郭等，2024）。然而，由表面活性剂稳定的传统乳液往往存在食品安全性不足（林等，2024）和物理稳定性有限的问题，限制了其包装应用。相比之下，皮克林乳液（PEs）通过固体颗粒在油水界面上的不可逆吸附形成坚固的结构，有效防止液滴聚合并相分离及成分迁移。这种机制不仅提供了更好的物理稳定性，还减少了对表面活性剂的需求，提供了一种更安全、更可持续的替代方案（纪和王，2023）。迄今为止，已有多种天然颗粒（包括淀粉、壳聚糖和蛋白质基纳米颗粒）被用作皮克林稳定剂，在特定条件下表现出有效的界面稳定性。然而，这些材料在来源多样性、界面耐久性和表面修饰的可调性方面存在局限性（海达里-达尔法德等，2025）。

在各种纳米材料中，纤维素纳米纤维（CNFs）在食品包装方面展现出巨大潜力，因为它们来源广泛、结构多样、表面羟基丰富且具有出色的可再生性（杨等，2025）。CNFs来源于木材、农业废弃物、细菌和藻类等，其长径比、结晶度和表面化学性质可根据原材料和提取工艺进行调节。这种结构多样性使得可以精确控制其界面润湿性、表面电荷、液滴网络形成和流变行为（杨等，2025）。此外，CNFs丰富的表面官能团不仅增强了界面吸附能力，还允许通过化学或酶法修饰引入带电或疏水基团，进一步优化其作为PE稳定剂的性能。这些特性使CNFs成为一类有代表性的绿色皮克林乳化剂（马等，2024）。值得注意的是，CNF稳定的PEs不仅提供了卓越的界面稳定性，还为食品包装带来了多种功能益处。它们能够制造出具有改进的气体和水蒸气阻隔性能的致密涂层和薄膜（赵等，2024），通过相互连接的CNF网络增强机械强度和韧性（丁等，2024），并实现天然抗菌剂或抗氧化剂的控释，以抑制氧化和微生物生长（潘迪塔等，2024）。此外，基于CNF的乳液还具有良好的成膜能力、可生物降解性和响应刺激的行为（吴等，2024）。与传统单一功能包装材料不同，这些集成系统提供了综合的保护、释放调节和阻隔功能，为食品保存和质量维护提供了全面解决方案（塔瓦索利等，2023）。图1展示了CNF稳定PEs的机制及其在活性食品包装中的应用。

近年来，在CNF稳定PEs的开发方面取得了显著进展，涉及多种CNF来源、制备方法、乳液设计、稳定机制和在食品包装中的实际应用。本综述通过关注三个关键方面系统总结了这些进展：(a) CNFs的来源和制备方法；(b) CNF稳定PEs的稳定机制和界面工程；(c) 所得包装材料的功能性能和应用潜力。通过整合关于CNF来源、制备、乳液稳定和皮克林系统中包装应用的最新见解，本文旨在支持食品工业高性能、可持续和功能活跃的包装系统的发展。

部分摘录

纤维素纳米纤维：来源和制备

与纤维素纳米晶体（CNCs）不同，CNFs可以通过高压均质化（HPH）或超声处理（余等，2021；李等，2021a）等物理改性方法轻松制备。CNFs具有独特特性，包括高长径比、内在润湿性和优异的机械性能，使其作为皮克林稳定剂非常有效（纪和王，2023）。CNFs可以来源于木材、农业废弃物、细菌等多种来源

基于CNF的皮克林乳液的稳定机制

近年来，多糖、蛋白质和脂质等食品级生物大分子被广泛用作皮克林稳定剂，替代传统的低分子表面活性剂用于食品应用（卡拉布雷斯等，2018）。由于它们具有内在的两亲性、高长径比和优异的灵活性，CNFs即使在极低的固体含量（仅0.01-0.05 wt%）下也能通过不可逆吸附弯曲并稳定油水界面，因此成为非常有前景的皮克林稳定剂

食品包装的功能性能和应用

食品包装不仅作为保护屏障，还在保持新鲜度、延长保质期和确保食品安全方面发挥着关键作用（蒋等，2024）。与传统主要作为被动屏障的包装不同，现代功能性包装系统旨在主动增强保存效果、改善感官属性，并根据不同食品产品的需求提高安全性（程等，2024）。

结论与展望

总之，CNF稳定的PEs代表了下一代活性食品包装的突破性和可持续平台。通过利用来自木材、农业废弃物、细菌、藻类和食品加工副产品的多种来源的CNFs的独特结构和界面特性，这些乳液系统有助于设计多功能包装材料。基于CNF的PEs不仅增强了关键包装性能，包括机械强度

未引用的参考文献

蔡等，2025；史等，2024；雷和任，2025；李等，2023；李等，2024；刘等，2021；刘等，2023；刘等，2023；王等，2024；王等，2024；吴等，2024；吴等，2024；吴等，2023；杨和陈，2023。

作者贡献

曹华强：方法学；研究、数据分析；初稿撰写；审稿与编辑。李琪：研究、撰写；审稿与编辑。方法学、监督、资源管理、验证、资金获取。刘诗琳：概念构思、方法学、撰写；审稿与编辑、监督、资源管理、项目管理和资金获取。

缩写

CNFs	纤维素纳米纤维	ILs	离子液体
PEs	皮克林乳液	LDH	乳酸脱氢酶
CNCs	纤维素纳米晶体

致谢

本工作得到了湖北省重点研发计划的支持。