综述：纳米技术在智能食品系统中的整合：活性与智能包装、食品安全及可追溯性方面的进展

《Food Bioscience》：Integrating nanotechnology into smart food systems: Advances in active and intelligent packaging, food safety, and traceability

　　

纳米技术增强了主动和智能包装的功能性。
智能包装实现了食品质量与安全的实时监控。
射频识别、传感器和智能标签提高了食品供应链的可追溯性。
集成系统支持食品安全风险的早期检测。
智能包装与可追溯性实现了数据驱动的食品安全管理。

引言
食品变质在储存、运输和分销过程中始终是一个重大挑战，导致巨额经济损失和产品质量下降。因此，包装系统被用作保护屏障，以限制食品产品与氧气、水分、光线和微生物污染物等环境因素的接触(Bagri等, 2025)。不恰当的储存实践、运输相关的干扰和腐败进一步加剧了食品在整个供应链中的损失(Nascimento等, 2021)。然而，传统包装主要提供被动保护，可能无法满足现代食品供应链日益复杂的要求。为此，主动和智能包装技术作为提高食品保鲜、监测产品状况以及支持供应链食品安全的高级方法应运而生。主动包装通过与包装食品或其周围环境相互作用来保持产品质量，而智能包装则通过指示器、传感器和相关监测技术提供产品状况信息。与此同时，数字可追溯系统能够在供应链中记录、传输和访问产品相关信息。这些技术共同提供了涉及食品保鲜、状况监测和信息追溯的互补功能，从而支持更加一体化的食品安全和质量管理方法(Alam等, 2021; Firouz等, 2021)。图1总结了智能包装系统分为智能包装系统和主动包装系统的分类。

对改善食品保鲜、质量监测和延长产品保质期的需求日益增长，激发了对主动和智能包装系统的巨大兴趣(Nath等, 2023; Salgado等, 2021)。在包装基体中掺入纳米粒子可以改善紫外线防护、气体屏障性能、抗菌活性和机械强度等功能特性，从而有助于在储存和分销过程中保持食品质量。此外，日益增长的环保意识促进了强化纳米材料的可持续生物膜包装材料的开发，以提高其功能性能(Rodrigues等, 2021)。除了保护功能外，智能包装系统还可以促进供应链中与产品质量、安全和可追溯性相关的信息收集和传递。这些功能可以提高信息透明度，为消费者提供更全面的产品相关信息。与传统包装系统相比，智能包装应用可能有助于提高消费者信任并正面影响购买决策(Akkemik和Güner, 2020)。

主动和智能包装的最新进展越来越关注在集成智能包装系统中结合保鲜和监测功能。主动成分可以限制微生物活动、氧化反应以及与质量劣化相关的其他过程(Yildiz等, 2025)，而传感和指示技术可以监测新鲜度、温度波动和微生物活动(Zhai等, 2025)。结合这些互补功能可以同时实现食品保鲜和实时质量监测，这对于易腐食品如鲜肉、水果和蔬菜尤为相关(Liu等, 2026)。因此，集成智能包装技术可以促进日益复杂的食品供应链中的产品监测、可追溯性和质量管理(Pirsa等, 2024)。

纳米技术通过使用具有与食品保鲜和保护相关的功能特性的纳米材料，为食品质量管理的创新方法做出了重大贡献(Siang等, 2022)。与此同时，工业纳米技术应用投资的增加促进了纳米材料在多个领域的开发和商业化(Siddiqui和Alrumman, 2021)。纳米材料可以是有机物或无机物，其尺寸通常在1-100纳米范围内(Bandeira等, 2020)。由于独特的理化特性，纳米材料已被广泛应用于各种食品相关应用，包括食品添加剂和包装系统(Omerovi?等, 2021)。纳米粒子可以改善颜料、香料、抗氧化剂、维生素和抗菌化合物的功能(Sahoo等, 2021)，而其在食品加工和包装中的使用可以提高活性成分的生物利用度和持续释放(Hosseini等, 2021)。在包装应用中，纳米粒子可以贡献于主动和智能功能。它们可以作为抗菌、氧气清除、抗氧化和湿度调节系统中的功能成分，同时支持温度、新鲜度等质量相关参数的监测(Ludwicka等, 2020)。这些应用的性能受粒径、化学成分、形态和表面电荷等理化特性的强烈影响(Joudeh和Linke, 2022)。

数字可追溯性代表智能食品系统的信息管理组件，应与智能包装的传感功能区分开来。虽然智能包装通过传感器和指示器生成食品产品状况信息，但可追溯技术促进供应链中产品相关信息的记录、传输和检索。这些功能的集成可以将产品状况信息与其生产、储存和分销历史连接起来，从而支持污染和质量相关风险的识别，提高食品供应链的透明度(Liu等, 2022a)。然而，这些技术的实际集成也需要关注传感器准确性、材料可持续性、成本效益、操作稳定性、可靠性和现实条件下的法规合规性(Erfani等, 2023; Pirsa等, 2020)。

全球食品供应链的扩展增加了对同时支持食品保鲜、安全监测和产品可追溯性的集成策略的需求。尽管纳米技术赋能的包装、智能传感系统和数字可追溯技术各自都有了相当大的进展，但它们主要被作为独立的技术领域进行研究。因此，将这些技术在一个统一框架内集成以加强食品安全管理的潜在优势尚未得到全面评估。因此，本综述批判性地审查了纳米技术赋能的主动和智能包装与数字可追溯技术的集成，以加强食品供应链中的食品安全管理。特别强调它们在食品保鲜、实时质量和安全监测、风险识别和供应链透明度方面的互补作用。通过将不同但相互关联的技术领域纳入一个统一框架，本综述从整体角度提供了它们对开发更安全、更具韧性的智能食品系统的贡献。

部分片段
纳米技术在食品包装系统中的应用
传统基于石油的食品包装材料存在重要的环境和功能局限性，促使纳米技术作为替代策略的应用日益增加。通过掺入纳米材料，包括金属纳米粒子、纳米粘土、碳基材料，食品包装系统的机械性能、热稳定性、气体屏障性能和抗菌活性已得到显著改善。

主动包装技术
主动包装已发展成为一种重要的技术方法，用于减少对传统防腐剂和食品添加剂的依赖。这些系统主动改变食品产品周围的微环境，使储存过程中影响质量和安全的因素得到更好的控制。表1列出了目前可用于食品应用的商用主动包装技术实例。除了减少食品损失外，这些技术还做出重大贡献。

智能包装技术
在储存过程中，智能包装技术通过检测物理变量（包括温度、湿度和光线）以及与化学和微生物改变一起，持续监测产品环境的变化，这些改变可能影响产品质量。这种持续监测提高了供应链中的质量可追溯性，同时支持在指定控制点评估关键质量属性。因此，智能包装……

智能包装和追溯系统的集成
主动包装、智能包装和数字可追溯技术在智能食品系统中执行不同但互补的功能。主动包装主要通过改变包装环境来保鲜，智能包装监测产品状况变化，而可追溯技术促进供应链中产品相关信息的记录和传播。这些技术的比较概述，包括它们的……

纳米技术的安全与法规考量
纳米技术的最新进展为食品行业开发创新的传感应用和先进包装技术做出了重大贡献。这些技术方法支持关键目标，包括延长保质期、减少食品浪费、改善食品安全评估和提高整体产品质量(Sasidharan等, 2026)。然而，尽管工程纳米结构从可持续性角度提供相当大的优势……

智能食品包装系统的未来趋势
尽管许多智能包装技术仍处于实验室或试点规模，但某些系统已进展到工业和商业化实施阶段。在澳大利亚海产品行业中实施的基于射频识别和蓝牙低功耗的解决方案，能够在供应链中监测冷链完整性和产品新鲜度(Fathi等, 2024)。数字数据管理与智能包装技术的集成也已成为一个……

结论
纳米技术赋能的主动和智能包装的进展已扩展了食品包装的潜力，超越传统保护，改善了屏障、机械、抗菌、抗氧化和传感功能。这些包装系统与数字技术（包括物联网、人工智能和区块链）的集成，进一步实现了供应链中的实时监控、可追溯性和数据驱动的食品安全管理。

尽管有这些进展，但仍存在几个障碍……

CRediT作者贡献声明
Tugba Dursun Capar: 写作——审阅与编辑、写作——初稿、监督、项目管理、方法论、概念化。Tansu Yildirim Ayaydin: 写作——初稿、可视化

未引用参考文献
Ahvenainen, 2003; Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2024; Fotouhi等, 2023; Li等, 2025; Li等, 2026; Mansouryar等, 2025; Pereira de Abreu等, 2012; Selvamuthukumaran, 2021; Vuk和Gáthy, 2026.

资助
本研究由Erciyes大学科学研究项目资助，项目编号FBA-2026-15450。

利益冲突声明
作者声明在准备本文过程中不存在利益冲突。

Tansu Yildirim Ayaydin | Tugba Dursun Capar