《Molecules》：Kombucha-Derived Bacterial Cellulose for Active and Biodegradable Food Packaging: Production, Modification, Performance, and Current Challenges
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康普茶发酵产生两种与食品包装应用潜在相关的组分：一种含有有机酸、多酚及其他代谢物的发酵液，以及由产纤维素醋酸菌形成的富含纤维素的菌膜。然而，发酵饮料、原始菌膜与纯化的康普茶来源细菌纤维素（kombucha-derived bacterial cellulose
康普茶发酵产生两种与食品包装应用潜在相关的组分：一种含有有机酸、多酚及其他代谢物的发酵液，以及由产纤维素醋酸菌形成的富含纤维素的菌膜。然而，发酵饮料、原始菌膜与纯化的康普茶来源细菌纤维素（kombucha-derived bacterial cellulose，KBC）在组成、功能性和食品接触适用性方面存在显著差异，不应被视为可互换的材料。本综述严格审视了康普茶发酵过程中细菌纤维素（bacterial cellulose，BC）的形成、纯化与改性策略、包装相关性能，以及康普茶来源材料在薄膜、涂层和复合材料中的应用。纯化KBC提供连续的纳米纤维网络，在干燥条件下可表现出良好的机械性能和氧气阻隔性能。然而，其亲水性会促进水分吸附和溶胀，在高相对湿度下可能损害机械完整性和阻隔性能。共混、涂覆、接枝和交联可改善特定材料性能，但其效果具有配方特异性，并可能涉及耐湿性、机械性能、生物降解性和食品接触安全性之间的权衡。发酵康普茶液和天然或轻度洗涤的菌膜可能贡献发酵来源的生物活性化合物；然而，在饮料或原始菌膜中测得的抗氧化或抗菌活性不能自动归因于纯化KBC或最终包装材料。当前证据支持KBC作为结构基质、增强相、涂层组分或活性物质载体的应用。然而，有限的迁移数据、不均匀的测试条件、不足的真实食品研究以及缺乏中试规模、法规和生命周期评估目前限制了其更广泛的工业实施。
1. 引言
康普茶是通过将甜茶（通常为红茶或绿茶）接种细菌和酵母共生培养物（SCOBY）发酵制成的传统饮料。发酵过程中，产纤维素醋酸菌在气液界面合成细胞外纳米纤维网络，形成漂浮菌膜。原始菌膜与纯化细菌纤维素在组成、功能性和食品接触适用性方面存在显著差异。细菌纤维素因其有序纳米纤维结构、机械强度、成膜能力和潜在生物降解性而受到关注，但其亲水性导致高湿环境下力学强度和阻隔性能下降。
2. 发酵与细菌纤维素的形成
康普茶发酵由复杂的细菌和酵母共生菌群完成。细菌部分主要包括Komagataeibacter、Gluconobacter和Acetobacter属醋酸菌以及乳酸菌；酵母部分包括Saccharomyces、Zygosaccharomyces、Brettanomyces等属。起始培养物可为发酵液、菌膜或其组合。
2.1 发酵过程中的代谢相互作用
酵母将蔗糖水解为葡萄糖和果糖，代谢产生乙醇和二氧化碳；醋酸菌将乙醇氧化为乙醛和乙酸，葡萄糖可被氧化为葡萄糖酸和葡萄糖醛酸等有机酸。pH下降抑制污染微生物，酵母自溶释放的维生素和氨基酸支持细菌生长，体现菌群间的代谢相互依赖。
2.2 细菌纤维素菌膜的形成
Komagataeibacter属醋酸菌将糖转化为UDP-葡萄糖，经纤维素合酶聚合为β-1,4-葡聚糖链，分泌到胞外组装成纳米纤维网络。静态培养下菌膜在气液界面形成，细胞主要分布在富氧上层；菌膜逐渐增厚为多层结构，氧扩散随厚度增加而减弱，纤维素生产呈空间不均匀性。
2.3 工艺参数的影响
温度通常为22–30°C，25°C和十天发酵可获得微生物稳定的饮料，但饮料优化条件不一定使纤维素产量最大化。pH随发酵降至约2.5–4.2，低于4.6有助于抑制致病菌。发酵时间通常为7–21天。氧气供给对好氧醋酸菌至关重要，静态培养中氧传递受液体表面积限制，搅拌可能导致不规则纤维素聚集体形成。
2.4 初级和次级发酵
初级发酵（F1）为有氧阶段，是有机酸产生和菌膜形成的主要阶段；次级发酵（F2）在密封容器中进行，主要用于碳酸化和风味开发，因氧气受限，对细菌纤维素生产不重要。
2.5 从原始菌膜到包装材料
新鲜菌膜含有微生物细胞、蛋白质、多酚和培养基残留物。纯化通常采用NaOH碱液处理去除微生物和非纤维素组分，再经反复洗涤恢复中性pH。纯化提高化学纯度，但可能去除多酚等具生物活性的发酵衍生化合物，因此需明确材料身份以进行有效比较。
3. 康普茶的化学组成与性质
3.1 化学组成与生物活性化合物
康普茶含有有机酸（乙酸、葡萄糖酸、葡萄糖醛酸、柠檬酸、乳酸、苹果酸等）、B族维生素、维生素C、氨基酸、矿物质及茶源多酚。发酵可增加酚类化合物的释放和生物利用度。菌膜在形成过程中物理截留微生物和发酵代谢物，可视为包含生物活性组分的复合生物基质，纯化处理决定这些组分的保留程度。
3.2 抗菌与抗氧化性能
有机酸特别是乙酸是抗菌活性的主要贡献者，但部分康普茶制剂对特定微生物的抑制优于等量乙酸溶液，表明多酚等代谢物也参与抗菌作用。发酵过程中抗氧化活性通常增加，但饮料中测得的活性不能直接归因于纯化细菌纤维素或最终包装材料，需在最终材料中直接评估化合物保留和生物活性。
