《Materials Today Chemistry》：Silver and zinc oxide nanoparticle-embedded bio-based polymeric films and hydrogel-based packaging materials for food packaging applications: A review
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•生物聚合物材料具有可生物降解性和非毒性。•掺入银/氧化锌纳米颗粒（Ag/ZnONPs）增强了阻隔性和抗菌性能。•纳米复合材料基质延长了水果、蔬菜和肉类的货架期。•强调包装应用及毒性问题。引言确保食品安全并延长食品新鲜度是全球范围内的主要优先事项，因为微生物污染、水分失衡、氧
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生物聚合物材料具有可生物降解性和非毒性。
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掺入银/氧化锌纳米颗粒（Ag/ZnONPs）增强了阻隔性和抗菌性能。
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纳米复合材料基质延长了水果、蔬菜和肉类的货架期。
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强调包装应用及毒性问题。
引言
确保食品安全并延长食品新鲜度是全球范围内的主要优先事项，因为微生物污染、水分失衡、氧化和包装不当仍然是导致供应链中腐败、质量恶化和食品损失的主要因素 [1]。过去几十年中，包装行业主要被石油衍生的合成聚合物所主导，例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯，这主要归因于它们的低成本、机械强度以及对环境降解的抵抗能力 [[2]、[3]、[4]]。尽管塑料包装对延长货架期有显著贡献，但其全球年产量已超过3.8亿吨，欧盟数据显示2016年包装废弃物达1600万吨。由于回收处理不当，近60-80%的塑料未能得到妥善处理，从而加剧了环境压力 [[5]、[6]、[7]、[8]]。塑料废弃物持续存在于陆地和水体环境中。此类废弃物的缓慢降解，连同管理不善的塑料废弃物，导致了有毒物质的释放（例如含氯化合物、聚苯乙烯和双酚A），不仅污染了土壤和水体，还通过生物和非生物途径污染了生态系统 [9,10]。因此，聚合物水凝胶和多功能包装系统，特别是那些融合纳米技术以提升保鲜性能的系统，受到了广泛关注。另一方面，金属基纳米颗粒是最有前景的解决方案之一，可作为功能性增强剂用于生物聚合物基质中的食品包装，归因于其抗菌活性和大比表面积 [11]。这推动了食品保鲜和货架期的提升，同时也需要仔细考虑迁移和毒性问题。
在过去的几十年中，纳米技术与材料科学的融合使得创建纳米复合水凝胶成为可能，这些水凝胶将纳米级功能与生物聚合物网络相结合，从而为主动食品包装的未来提供了优异的机械、抗菌和物理化学性能 [12]。由生物聚合物基质与纳米颗粒填料增强而构成的生物基纳米复合材料，作为一种新型包装材料，显著提升了阻隔性、机械强度和热性能。这些基质通过抗微生物或抗氧化剂的受控释放以及与水分和氧气等有害元素的相互作用，能够与食品体系进行主动相互作用，从而提高保鲜效率 [[13]、[14]、[15]]。开发用于食品包装的生物纳米复合材料是关键一步，它不仅解决了环境问题，还改善了包装系统的功能性能，从而对可持续性和更好的保鲜效率做出重大贡献 [16]。掺入金属基纳米颗粒可以提升阻隔性能、机械强度和抗菌活性，同时修改表面润湿性。表面润湿性是食品包装领域最重要的特性之一，因为它决定了液体与材料表面之间的相互作用。润湿性可通过接触角来确定。接触角告知我们表面是疏水的（排斥水）还是亲水的（吸引水）。这一特性直接影响包装材料的性能及其安全性，因为它决定了防潮性、细菌粘附以及主动包装系统的效率 [17]。此外，无机纳米颗粒提高了疏水性，抑制细菌生长并优化包装性能。然而，其应用引发了关于食品安全及对潜在人体健康影响的重要担忧 [18,19]。在众多纳米颗粒中，银纳米颗粒（Ag NPs）和氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）被认为是最佳候选纳米材料，用于聚合物基纳米复合包装系统。通常，AgNPs对广泛的细菌、霉菌和酵母具有抗菌特性，因此效果显著 [20]。这是AgNPs对食品保鲜和安全的主要贡献之一。另一方面，ZnO NPs对生物体安全，显示出优异的抗菌、抗真菌和抗生素特性 [21]。其性能高度依赖于形貌；例如，花状结构具有更大的表面积和孔隙率，从而产生更好的生物效果。事实上，这些纳米材料在包装系统中可以同时完成多项工作，不仅为了提高保鲜效率，还包括结构增强。使用有机和无机纳米填料增强生物基材料可改善其机械强度、热稳定性和阻隔性能。由于这些纳米填料通常成本较低，使得生物基材料更具商业可行性。它们的组合使得创建具有改善特性的复杂聚合物材料成为可能，增加了在包装领域的应用潜力。掺入AgNPs的生物复合材料在抗菌性能方面表现高效，但应验证其迁移安全性；而ZnO提升了机械强度和生物降解性，但需要优化以实现环境可持续性 [22]。
生物纳米复合材料是一种最有前景的材料类别，由于其用作填料的纳米颗粒具有大比表面积和高纵横比，因此有可能克服传统生物聚合物在性能方面的局限性 [14]。因此，广泛的研究专注于将其开发为食品包装薄膜，以改善其机械强度、流变行为、阻隔性能和热稳定性。与传统的聚合物薄膜相比，食品包装中的水凝胶作为三维亲水网络发挥作用，包裹纳米颗粒，实现受控释放，并增强与食品体系的相互作用，从而提供增强的保护和多功能性能 [23]。水凝胶还具有可调的物理化学特性，包括弹性、强度、导电性、粘性、自修复和形状记忆，允许针对组织工程、生物医学、生物传感和环境技术等多样化应用进行精确定制 [24]。纳米颗粒由于其固有的大比表面积和独特的纵横比，被越来越多地整合到水凝胶基质中，以增强功能性能。当这些纳米颗粒参与与聚合物链的物理或化学相互作用时，它们促进了额外的交联，最终导致形成具有增强结构和物理化学性能的纳米水凝胶 [25]。
鉴于对食品接触材料中纳米颗粒的监管审查日益增加以及对高性能可持续包装的需求，一份关于负载AgNPs和ZnONPs的生物基水凝胶的详细和综合概述备受期待。因此，本综述总结了当前进展，识别了理解方面最紧迫的问题，并概述了开发安全、有效且环境责任型水凝胶基纳米复合包装系统的未来研究方向。本文提供了一项全面评估，主要涉及生物基聚合物水凝胶掺入Ag和ZnO NP的相关问题，以及它们的制造方法、结构特征和性能、抗菌活性、受控释放行为、迁移潜力和安全性影响，这些问题迄今为止尚未得到充分解决。
章节摘要
水凝胶
水凝胶是具有广泛水分保持能力的三维聚合物网络，通过共价连接或非共价相互作用构建，如缠结、氢键、疏水相互作用、静电相互作用、超分子组装和配位机制 [24]。水凝胶中的水分保持受表面化学、交联密度、孔径和固体含量控制，而其高含水量赋予了生物相容性和生物降解性，
生物基水凝胶在食品包装应用中的作用
生物基聚合物水凝胶是解决食品包装中全球塑料废弃物问题的潜在方案，近年来在研究人员中广受欢迎，作为石油基塑料的替代品 [44]。生物聚合物在热和机械性能方面通常不如合成聚合物稳定。为了改善其性能，研究人员使用各种方法，例如共混策略、等离子体或紫外处理、掺入
纳米颗粒在水凝胶中的掺入
将纳米颗粒掺入水凝胶，将柔软聚合物网络与金属或金属氧化物纳米颗粒（NPs）相结合，提供诸如机械强度、自修复、导电性、抗菌活性和刺激响应行为等性能 [68]。纳米级填料还增强了生物粘附和与生物组织的相互作用，并且由于其高表面积，它们可以非常高效地发挥抗菌作用。通过将纳米级填料与聚合物基质结合，
生物基食品包装材料的可持续交联剂
交联是水凝胶开发中的关键因素，因为它影响诸如弹性、吸水率、生物降解性和生物响应等性能。表2中的可持续交联剂包括单宁酸、柠檬酸、没食子酸、香兰素、阿魏酸，以下对其进行讨论：
单宁酸（TA）可以交联生物聚合物，从而增强包装薄膜的物理性能。此外，其活性酚类化合物增加了
纳米颗粒基食品包装的挑战、监管、生命周期和环境考量
纳米技术的进步逐步扩展到食品包装应用中；然而，重大知识差距仍然存在，特别是关于其潜在毒性和生态毒性，这向科学界提出了关于安全性和长期环境影响的关键问题。将纳米材料（1-100 nm）掺入食品包装中，无论材料质量如何改善，都会引起消费者对摄入的担忧。为确保安全和
结论和未来方向
在本综述中，据报道，在生物聚合物基质中掺入Ag和ZnO NPs增强了机械、抗菌、物理、紫外阻隔以及对水和氧的阻隔性能（图8）。因此，它们正成为一种极具吸引力的生物聚合物配方，用于生产理想的食品包装材料，具有与合成塑料相似的特性，但额外具有可生物降解和非毒性的优点。
向
CRediT作者贡献声明
Soni Patyal：撰写 – 初稿，调查研究，形式分析。Pooja Dhiman：撰写 – 审阅与编辑。Alberto García-Pe?as：撰写 – 审阅与编辑。Akshay Verma：撰写 – 初稿。Gaurav Sharma：撰写 – 审阅与编辑，监督，概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本论文所报告的工作。
Soni Patyal|Pooja Dhiman|Alberto García-Pe?as|Akshay Verma|Gaurav Sharma
