《Food Bioscience》：Hybrid polymer-based materials for sustainable food packaging: Design, functional properties, and applications
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摘要传统塑料包装日益沉重的环境负担促使人们迫切寻找可持续的食品包装材料，以同时提供足够的机械性能、阻隔性能、热性能和功能性。混合聚合物基材料将两种或两种以上互补的有机、无机、天然或合成组分整合在一起，已成为解决传统生物聚合物局限性的理想候选材料。本文系统评述了混合聚合物基材料
摘要
传统塑料包装日益沉重的环境负担促使人们迫切寻找可持续的食品包装材料，以同时提供足够的机械性能、阻隔性能、热性能和功能性。混合聚合物基材料将两种或两种以上互补的有机、无机、天然或合成组分整合在一起，已成为解决传统生物聚合物局限性的理想候选材料。本文系统评述了混合聚合物基材料的分类、设计策略、制备工艺、功能特性、食品包装应用、可持续性方面及未来前景。重点关注了有机—有机和有机—无机混合体系以及聚合物纳米复合材料，同时涵盖溶液浇铸、挤出、静电纺丝和层层自组装等制备技术。此外，本文还讨论了生物活性化合物（尤其是来源于农业和食品加工副产物的多酚）的引入及其与抗菌、抗氧化、控释和智能包装功能之间的关系。评估了其在新鲜果蔬、肉类、乳制品、活性包装和智能包装系统中的应用，并涵盖了生物降解性、生命周期评估、循环经济潜力和末端管理等关键可持续性考量。最后，本文强调了产业转化的主要障碍，包括成本、可扩展性、食品接触安全性、纳米颗粒迁移、消费者接受度、法规要求和工艺兼容性，并指出了生物基填料、机器学习、智能传感和规模化制造等新兴机遇。总体而言，本文提供了多功能混合聚合物包装系统开发的一体化视角，及其对更具可持续性和高性能食品包装解决方案的潜在贡献。
引言
传统塑料如聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚苯乙烯因其低成本、可加工性和适宜的阻隔性能而在全球食品包装行业中得到广泛应用（Shaikh等，2021）。然而，由于其不可生物降解的特性，它们在垃圾填埋场和海洋中不断积累，据估计每年产生约3亿吨塑料垃圾（Choudhury等，2022）。此外，对化石燃料的依赖以及微塑料污染对生态环境和人体健康构成了严重威胁。图1提供了包装塑料生命周期的示意图，概述了从生产和废弃到环境影响的全过程及其对塑料污染的贡献。
因此，研究和行业焦点已转向可持续食品包装。生物基聚合物如聚乳酸（PLA）、淀粉、壳聚糖或聚羟基脂肪酸酯具有可生物降解的优势，但同时也存在多种劣势，包括机械强度低、水蒸气透过率高和热稳定性有限（Choudhury等，2022）。因此，混合聚合物成为克服传统生物聚合物缺陷的理想替代方案，通过组合互补的有机和无机组分，在机械强度、阻隔性能和功能活性方面实现协同改善（García-Martínez & Collar，2024）。
经过化学工程设计的混合系统允许在分子尺度上定制功能特性，通过将有机相的灵活性和可加工性与第二相的结构刚性、阻隔性能和生物活性整合在一起（Gomez-Romero等，2023）。尽管混合聚合物体系在食品包装领域已取得近年进展，但关于材料设计策略及其相关功能性能的全面综述仍然缺失，包括生物活性物质的引入、环境可持续性指标以及在实际食品系统中的应用。近期的综述已对可持续和功能食品包装的特定领域提供了有价值的评估。例如，Kishore等（2023）综述了用于活性和智能包装的生物纳米复合材料，包括其加工、功能特性、食品应用、迁移、安全性和健康方面。Raghuvanshi等（2023）专门关注基于生物大分子的纳米复合薄膜用于智能食品包装，侧重于纳米填料、生物降解性、生命周期考量和风险评估。El-Sayed & Youssef（2023）综述了环保型可生物降解纳米复合材料及其在食品包装中的应用。然而，这些综述分别主要侧重于生物纳米复合材料、智能包装或可生物降解纳米复合体系，而非为混合聚合物食品包装材料提供跨不同混合类别、制备策略、多功能性能、食品系统应用、安全性、生命周期考量、循环性和新兴技术的综合框架。因此，本文从更广泛的材料到应用视角出发，对基于混合聚合物的食品包装进行批判性审视，涵盖有机—有机和有机—无机混合物及其纳米衍生材料。特别强调将材料设计与制备与阻隔性能、机械性能、热性能、抗菌和抗氧化性能联系起来，随后评估实际食品应用、食品接触安全性和迁移、生物降解性、生命周期评估、循环经济潜力、可扩展性及新兴技术。
章节摘要
食品包装中混合聚合物的类型
传统塑料食品包装的环境影响推动了可持续替代材料的发展，这些替代材料在减少塑料废弃物的同时保持必要的包装性能。混合聚合物食品包装一般可分为三种类型：有机—有机、有机—无机和纳米复合材料（Wojciechowska，2022）。不同类别在生物降解性、机械特性、阻隔性能和成本方面具有独特的性质
合成与制备技术
从化学工程角度来看，混合聚合物的制备技术应具有可扩展性、可重复性和符合食品接触要求。溶液浇铸、挤出、静电纺丝和层层自组装是四种主要技术。
功能特性
混合聚合物的基体-填料或第二相协同效应使其优于单一组分生物聚合物（Donmez Cavdar等，2025）。阻隔性能、机械性能、热性能、抗菌和抗氧化性能是一些关键功能特性。后两者基于酚类物质的整合，这些酚类物质来源于农业活动副产物，如橄榄榨油厂废水或葡萄皮渣（Lopes等，2025）。
在食品系统中的应用
多种食品类别，如新鲜果蔬、肉类和乳制品包装、活性释放包装和智能包装，已成功与混合聚合物包装材料结合使用（Du等，2023）。
成本与可扩展性
尽管混合包装材料在技术应用方面极具前景，但出于经济原因，它们在市场上还有许多障碍需要克服。纳米颗粒和纯化多酚的生产成本比普通塑料树脂高出五到二十倍，且其供应链尚未完全发展（Qi等，2023）。此外，静电纺丝或层层自组装的可规模化应用仅限于特定领域（例如高价值的医疗或电子包装）（Bie等
结论
混合聚合物基材料提供了一条多途径，通过组合互补相来实现改善机械、阻隔、热、抗菌、抗氧化和活性包装功能，从而解决传统生物聚合物在食品包装中的性能局限性。然而，文献综述表明，仅改善材料性能并不必然转化为更具可持续性的包装系统。环境效益在很大程度上取决于材料
CRediT作者贡献声明
Lukman Shehu Mustapha：撰写——初稿，验证。Ejaeta Victory Ayodawha：撰写——初稿。Oluwatobi Victoria Obayomi：撰写——初稿，可视化，概念化。Kehinde Shola Obayomi：撰写——审阅与编辑，概念化。Mina Dokouhaki：撰写——审阅与编辑
未引用参考文献
Chedea等，2022；Li等，2024；Qi等，2023；Rahman等，2025；Ramanadha reddy和Venkatachalapathi，2023；Siddiqui等，2022。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文报告的工作。
Oluwatobi Victoria Obayomi|Ejaeta Victory Ayodawha|Lukman Shehu Mustapha|Mina Dokouhaki|Kehinde Shola Obayomi
澳大利亚墨尔本莫纳什理工大学STEM学院理学院，邮编3083
