用于基于酶的活性与智能包装的微纳载体系统：制备策略、应用及前景

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Micro- and nano-carrier systems for enzyme-based active and intelligent packaging: fabrication strategies, applications, and prospects

　　

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  基于其功能对食品包装酶进行了系统分类。
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  微载体和纳米载体可提高酶稳定性，控制酶的释放，并降低使用成本。
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  本综述涵盖了酶在微载体和纳米载体中的包埋策略。
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  负载酶的微载体和纳米载体可整合到主动式和智能包装中。
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  基于酶的主动式和智能包装用于延长食品保质期并实时监测新鲜度。

引言

传统食品包装主要依靠被动物理屏障来保护食品免受外部污染物、微生物、氧气、水分和光照的影响（Sasikumar et al., 2026）。然而，其提供持续保护和动态响应能力有限，使得传统包装越来越难以满足现代供应链对食品质量稳定、安全、保质期延长及减少食品浪费的需求（Liu et al., 2026）。因此，主动式和智能包装已成为应对这些挑战的有前景策略。一方面，主动包装通过释放或吸收特定物质来延长保质期，例如除氧剂、吸湿剂、乙烯吸收剂以及抗菌剂和抗氧化剂（Devi et al., 2025; Du et al., 2023）。另一方面，智能包装通过整合生物传感器、指示器和物联网 (IoT) 技术，将静态包装转变为动态系统。这些系统具备通信、监控、记录、追踪和环境反馈等高级功能（Rahman et al., 2026）。常见设备包括时间 - 温度指示器、气体泄漏指示器以及相对湿度或新鲜度传感器（Flórez et al., 2022）。

主动式和智能包装的功能通常通过添加天然生物活性化合物来实现，例如精油、植物提取物、多酚和有机酸，这主要依赖于其固有的生物活性（Wang, Zhou, et al., 2025）。相比之下，酶由于其高度特异性的底物识别和高效的生物催化活性，可以提供额外的优势。通过催化特定的生化反应，酶可以促进功能物质的生成或消耗，从而为包装系统提供更大的功能可调性（Siddikey et al., 2025; Vasudhevan et al., 2025）。例如，溶菌酶提供抗菌活性，漆酶有助于除氧（Alizadeh Sani et al., 2024; Yu et al., 2026）。同时，脂肪酶等酶催化的底物转化可与颜色变化耦合，以指示食品质量的变化（Wang et al., 2023）。然而，酶的实际应用受到高成本、对环境因素敏感、加工和储存过程中易失活以及难以控制释放行为等因素的限制（Maghraby et al., 2023; Zhang, Feng, et al., 2023）。这些缺点降低了催化效率，并增加了酶迁移到食品中的风险。酶固定化技术可以为克服这些挑战提供可行的途径（Maghraby et al., 2023; Xie et al., 2022）。

酶固定化通常涉及吸附、共价结合、离子键合、交联和包埋（Mohammadi et al., 2023）。吸附操作简便且成本低，但通常结合力弱，且存在酶大量流失的风险（Jiang et al., 2024）。共价结合和离子键合提高了稳定性，但偶联过程可能会诱导酶的构象变化，损害其催化效率（Mohammadi et al., 2023）。交联能够实现无载体的稳定酶固定化，但对酶纯度要求极高（例如交联酶晶体），导致生产成本不可接受（Maghraby et al., 2023）。相比之下，包埋策略，特别是通过微载体和纳米载体系统（如纳米粒子 (NPs)（Shouket et al., 2023）、纳米纤维 (NFs)（Ma et al., 2025）、纳米花 (NFls)（Wang, Yuan, & Zhang, 2024）、微胶囊（Ma et al., 2026）和金属有机框架 (MOFs)（Yu, Chen, et al., 2025）），显示出独特优势。这些载体具有更高的酶负载能力，增强酶稳定性，并能够响应环境线索（如 pH 值和温度）进行刺激响应性酶释放（Du et al., 2026; Rostamabadi et al., 2026）。

尽管微载体和纳米载体系统在基于酶的食品包装中显示出相当大的前景，但目前的报告主要关注酶固定化技术或单酶在食品包装中的应用，对载体介导的酶固定化及其在主动式和智能包装中的应用缺乏系统整合（Alizadeh Sani et al., 2024; Jiang et al., 2024; Tarahi et al., 2025; Xie et al., 2022）。这一差距限制了对载体设计、酶功能性和包装性能之间的内在关系和协同潜力的全面了解，从而阻碍了这些包装技术的进一步发展和实际应用。为了解决这一差距，本综述系统地整合和分析了基于酶的主动式和智能包装中微载体和纳米载体系统的制备策略和应用（图 1）。具体而言，首先，根据其功能特性介绍了代表性包装酶的作用机制。其次，系统地阐述了主要微载体和纳米载体系统的制备策略。第三，总结了基于酶的主动式和智能包装的具体应用。最后，总结了基于酶的食品包装微载体和纳米载体系统开发面临的当前挑战和未来展望。总体而言，本综述旨在突出载体系统在基于酶的主动式和智能包装中的潜力，并为其工业化实施提供见解。

章节摘要

按功能特性分类的酶

根据其在食品包装中的主要功能，酶可分为四类：抗菌酶、除氧酶、交联酶和时间 - 温度指示器 (TTI) 用酶。抗菌酶抑制腐败和致病微生物的生长。除氧酶去除包装内的残留氧气以延缓氧化变质。交联酶催化致密聚合物网络的形成，从而增强

负载酶的微载体和纳米载体系统的制备策略和作用机制

用于酶固定化的微载体和纳米载体系统的制备可以提供一种有效的策略来提高酶的稳定性和功能，其主要优势在于以下四个方面：(1) 微载体和纳米载体系统提供更大的表面积和更高的酶负载能力。这些特征提高了酶的负载量并改善了底物可及性，最终提高了反应效率。(2) 微载体和纳米载体系统形成保护性

负载酶的微载体和纳米载体系统整合到包装中

负载酶的微载体和纳米载体系统可以通过溶液浇铸、喷涂、静电纺丝和喷墨打印整合到包装材料中，以制备负载酶薄膜、涂层、智能指示标签和保鲜垫，用于各种食品包装应用等（Taherimehr et al., 2021）。整合到包装基质中后，包埋酶可以根据递送系统的结构特性实现持续和受控释放

基于酶的主动式和智能包装的应用

肉、乳制品以及水果和蔬菜等食品产品由于其高水分含量和丰富的营养，在加工、储存和运输过程中极易受到微生物污染和氧化降解，这可能导致巨额经济损失和食品安全问题。通过将负载酶的微载体和纳米载体系统整合到包装基质中，该策略能够实现酶的固有生物活性和多功能

挑战与未来趋势

利用微载体和纳米载体系统负载酶用于主动式和智能包装，代表了食品保存领域的变革性进步。该策略可以有效地保护酶活性，实现酶的持续和受控释放，增强酶功能，并最大限度地减少食品浪费，在延长各种食品产品的保质期和实现食品新鲜度实时监测方面表现出巨大的潜力。

尽管这些

结论

基于酶的主动式和智能包装系统代表了生物基食品包装技术的前沿，为传统合成化学添加剂提供了强有力的替代方案。本综述基于对酶功能类别的系统阐明，即抗菌酶、除氧酶、交联酶以及用于时间 - 温度指示器 (TTIs) 的酶，强调递送载体是解锁全部的

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的相互竞争的财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

本研究得到以下机构资助：江苏省自然科学基金 - 中国（编号： BK20240203）、中国国家自然科学基金委员会（编号32372475）、光明乳业股份有限公司科技创新合作项目。（编号： 250540）、中国国家重点研发计划（编号： 2022YFD2100602, 编号： 2023YFD2100801）、中国新疆维吾尔自治区科技计划项目：面向

Haoran Han|David Julian McClements|Andreas Blennow|Qing Hong|Zhenmin Liu|Jian He|Qinlu Lin|Shaoyun Wang|Xixi Cai|Zhengyu Jin|Long Chen