system: [SYSTEM]

user: 2. 食品保鲜包装中的纳米材料 2.1. 纳米Ag 2.1.1. 纳米Ag的抗菌保鲜机理 纳米银在食品包装方面主要起纳米活性包装的作用。在食品抗菌包装中，纳米银具有广谱的抗革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌，真菌，原生动物，某些病毒的抗微生物活性，并且能够保存货架寿命 [ 8 ] 。纳米银的抗菌机理主要有以下四个方面：1) 通过静电吸引，纳米银附着到细胞表面，破坏细胞壁，与细胞膜相互作用；2) 诱导自由基的，渗透性发生变化，细胞内容物泄漏；3) 与DNA相互作用，破坏DNA结构；4) 抑制蛋白质合成和功能 [ 9 ] 。在食品保鲜包装中，纳米银可以加速乙烯的氧化，因此在包装材料中加入纳米银会使得乙烯氧化速度大大加快，延长果蔬的保鲜时间 [ 10 ] 。 2.1.2. 纳米Ag在食品储藏保鲜方面的应用 纳米银具有特殊的比表面积及尺寸，具有传统材料不具备的物理性质，且不易产生耐药性和易降解 [ 9 ] 。将纳米银加入到食品包装材料中可以改善包装材料的性能，还可以利用纳米银抗菌和氧化乙烯的功能，使材料具有更好的保鲜效果。纳米银食品包装材料在食品应用方面的主要作用是保鲜和延长货架期，但也有有控制水分和氧气，保留风味和抗菌杀虫的作用 [ 1 ] ，主要用于新鲜果蔬、水产品、半成品和成品食品。纳米银在食品方面研究主要是通过聚合物基纳米银复合材料、天然高分子/纳米银复合材料和纳米银溶胶或纳米银与其他金属氧化物3种形式来达到保鲜和延长货架期的目的(表1)。 Table 1 Application of different forms of silver nanomaterials in foo 包装形式 应用实例 聚合物基纳米银复合材料 纳米银酯化淀粉膜 牛肉 [ 11 ] 纳米银/聚乙烯保鲜膜 白菜 [ 12 ] 、黄瓜 [ 13 ] 、青椒 [ 14 ] 纳米银/聚乙烯包装袋 酱牛肉 [ 15 ] 、酱鸭 [ 16 ] 、大米 [ 17 ] 、双孢蘑菇 [ 18 ] 、 虾仁 [ 19 ] 、杨梅 [ 20 ] 天然高分子/纳米银复合材料 壳聚糖/纳米银复合涂膜 鸡蛋 [ 21 ] 、樱桃 [ 22 ] 纳米银氧化锆复合保鲜剂 南丰蜜桔 [ 23 ] 纳米银溶胶或纳米银与其他金属氧化物 纳米银溶胶 葡萄 [ 24 ] 、草莓 [ 25 ] 、圣女果 [ 26 ] 、鲍鱼 [ 27 ] 、海参 [ 28 ] 、奶油草莓 [ 29 ] 纳米银氧化锆复合保鲜剂 南丰蜜桔 [ 23 ] 纳米TiO 2 /Ag + /壳聚糖复合膜 桑葚 [ 30 ] [ 31 ] 纳米Ag/高岭土/纳米TiO 2 的PE膜 枣 [ 32 ] 表1. 不同形式的纳米银材料在食品中的应用 2.2. 纳米二氧化钛(TiO 2 ) 2.2.1. 纳米二氧化钛(TiO 2 )的抗菌保鲜机理 二氧化钛(TiO 2 )属于n型半导体，具有紫外屏蔽功能和光催化特性，但本身并不是抗菌材料，只有在紫外光照射的情况下才具有强大的抗菌能力 [ 33 ] 。二氧化钛(TiO 2 )的抗菌机理是在紫外光照射下能产生氧化能力很强的ROS，这些ROS能破坏细胞的蛋白质和脂质，进而使细胞的结构和功能造成伤害，包括破坏细胞质膜、超卷曲质粒DNA以及内部细胞器，并引起细胞渗透性的显著紊乱，多不饱和磷脂的损伤和细胞壁的结构破坏，最终促使细胞死亡 [ 34 ] [ 35 ] 。与常规杀菌剂不同的是，二氧化钛(TiO 2 )光催化不仅能够杀灭细菌，还能降解细菌死后释放的内毒素，避免二次污染 [ 36 ] 。二氧化钛(TiO 2 )通过屏蔽紫外线照射阻止肉类食品的自动氧化，从而有效防止因维生素和芳香化合物的破坏而造成食品营养价值流失及腐烂，具有一定的保鲜功效。 2.2.2. 纳米二氧化钛(TiO 2 )在食物储存保鲜方面的应用 纳米二氧化钛(TiO 2 )虽然在光催化条件下有着良好的抑菌效果，但其本身并不稳定，随着时间的延长其杀菌功能会逐渐减弱。人们将纳米二氧化钛(TiO 2 )与别的抗菌材料复合，以增强其稳定性和抗菌性，目前，主要包含3类：聚合物/纳米TiO 2 复合材料、天然高分子/纳米TiO 2 复合材料及纳米TiO 2 和Ag共同作用的复合材料(表2)。 Table 2 Application of different forms of nano-titanium dioxide in foo 包装形式 应用实例 聚合物基纳米TiO 2 复合材料 聚乳酸(PLA)/TiO 2 纳米复合膜 香菇 [ 37 ] 、草莓 [ 38 ] 聚乙烯醇/TiO 2 纳米复合膜 大黄鱼 [ 39 ] 聚偏二氯乙烯和聚乙烯醇/TiO 2 纳米复合膜 松花蛋 [ 40 ] 大豆蛋白/聚乙烯醇/TiO 2 纳米复合膜 哈密瓜 [ 41 ] Fe 3+ /TiO 2 改性聚乙烯醇基紫胶复合膜 鸡蛋 [ 42 ] 天然高分子/纳米TiO 2 复合材料 壳聚糖/纳米TiO 2 复合材料和壳聚糖/纳米TiO 2 涂膜液 草莓 [ 43 ] [ 44 ] 、芒果 [ 45 ] 、梨 [ 46 ] [ 47 ] 、 鲤鱼 [ 48 ] 、对虾 [ 49 ] 、樱桃番茄 [ 50 ] 防雾剂(司班-20和吐温-20)和纳米二氧化钛组成的防雾膜 草莓 [ 51 ] 大麦醇溶蛋白与纳米TiO 2 粒子的混合涂膜液 草莓 [ 52 ] 淀粉/纳米TiO 2 涂膜 山药 [ 53 ] 卡拉胶/魔芋胶TiO 2 纳米复合膜 双孢菇 [ 54 ] 纳米TiO 2 /Ag复合材料 纳米TiO 2 /Ag+/壳聚糖复合膜 桑葚 [ 30 ] [ 31 ] 纳米Ag/高岭土/纳米TiO 2 的PE膜 枣 [ 32 ] 表2. 不同形式的纳米二氧化钛材料在食品中的应用 2.3. 纳米二氧化硅(SiO 2 ) 纳米二氧化硅的抗菌作用并不强，但其具有提高聚合物基体的机械和阻隔性能的潜力。纳米二氧化硅呈多孔的结构，且具有化学惰性和高表面活性，可与许多高分子复合物复合制成纳米复合材料，提高材料的阻隔性能，通过其丰富的硅氧键阻止O 2 和其他气体的进入以及水分的流失，防止食物腐败和细菌的增生，从而达到抑制果蔬呼吸强度、抑菌保鲜的效果 [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] 。 纳米二氧化硅(SiO 2 )在食物储存保鲜方面的应用 纳米二氧化硅在食品包装中发挥着纳米抗阻隔包装的作用，其主要作用是与高聚合物混合来提升材料的性能，根据混合材料的不同分为2类：聚合物基纳米二氧化硅复合材料和天然高分子/纳米二氧化硅复合材料(表3)。 2.4. 纳米氧化锌(ZnO) 2.4.1. 纳米氧化锌(ZnO)的抗菌保鲜机理 纳米氧化锌具有良好的抗菌作用，在食品包装方面起纳米活性包装的作用。当粒子的粒径降到纳米级(1~100 nm)时，纳米粒子具有较高的表面活性和较大的比表面积，增加了与细菌接触和反应的面积，因而纳米氧化锌对细 菌的毒性显示出一定的粒径依赖性 [ 69 ] 。虽然已经有许多人研究了纳米氧化锌的抗菌机理，但其确切的抗菌机理仍备受争议。目前纳米氧化锌抗菌机理被归纳为4类：表面产生活性氧物质、锌离子溶出、直接作用于细胞和光催化 [ 70 ] [ 71 ] 。 Table 3 Application of different forms of nano-SiO2 materials in foo 包装形式 应用实例 聚合物基纳米二氧化硅复合材料 聚偏二氯乙烯/纳米SiO 2 复合膜 鸡蛋 [ 58 ] 、鸭蛋 [ 59 ] 聚偏二氯乙烯/Ag/纳米SiO 2 复合膜 鸡蛋 [ 60 ] 聚偏二氯乙烯/ TiO 2 /纳米SiO 2 复合膜 松花蛋 聚乙烯醇基纳米SiO 2 复合材料 鸭蛋 [ 61 ] 、松花蛋、贡柑 [ 56 ] 天然高分子/纳米二氧化硅复合材料 卡拉胶/魔芋胶/纳米SiO 2 复合膜 双孢蘑菇 [ 62 ] 对壳聚糖/淀粉/纳米SiO 2 复合膜 圣女果 [ 55 ] 、鸡蛋 [ 63 ] 对壳聚糖/纳米SiO 2 复合膜 枇杷 [ 64 ] 魔芋葡甘露聚糖-纳米SiO 2 涂膜 毛酸浆 [ 65 ] 海藻酸钠/纳米SiO 2 涂膜 苹果 [ 66 ] 、鱼肉 [ 67 ] 蜂胶/纳米SiO 2 复合涂膜 圣女果 [ 68 ] 表3. 不同形式的纳米二氧化硅材料在食品中的应用 2.4.2. 纳米氧化锌(ZnO)在食品包装方面的应用 基于纳米氧化锌的抗菌性能，将其应用到食品包装中不仅可以提升食品包装本身的特性，还可以为食品包装提供抗菌活性，有利于食品的保鲜、防腐和运输。应用到食品包装中根据混合的材料不同分为两类：聚合物基纳米氧化锌复合材料和天然高分子/纳米氧化锌复合材料(表4)。 Table 4 Application of different forms of nano-Zinc oxide materials in foo 包装形式 应用实例 聚合物基纳米氧化锌复合材料 高压聚乙烯/纳米氧化锌复合膜 橙汁 [ 72 ] 聚乙烯醇/稀土镧/纳米氧化锌复合膜 松茸和草莓 [ 73 ] 聚乙烯/纳米氧化锌和聚乙烯醇/纳米氧化锌复合膜 樱桃和松茸 [ 74 ] 高密度聚乙烯/纳米氧化锌复合膜 奶酪 [ 75 ] 天然高分子/纳米氧化锌复合材料。 磺甲比林/纳米氧化锌功能纸 芒果 [ 76 ] 壳聚糖淀粉/纳米氧化锌/聚乙烯醇/CaSO4复合膜 葡萄 [ 77 ] 鱼皮明胶/壳聚糖/纳米氧化锌复合膜 鳙鱼肉 [ 78 ] 柠檬酸/纳米氧化锌涂膜 芒果 [ 79 ] 壳聚糖/纳米氧化锌涂膜 沙糖桔 [ 80 ] 、苹果 [ 81 ] 、杏 [ 82 ] 、胡萝卜 [ 83 ] 、圣女果 [ 84 ] 琼脂/纳米氧化锌复合膜 葡萄 [ 85 ] 表4. 不同形式的纳米氧化锌材料在食品中的应用 2.5. 其他纳米材料 除了上述主要的纳米材料应用于食品包装外，还有许多有潜力的纳米材料，如纳米粘土、多壁碳纳米管、纳米纤维素、纳米分子筛、纳米MgO、纳米碳酸钙、纳米α-Fe 2 O 3 和纳米石墨烯等。纳米粘土来源广、成本低，与聚乙烯 [ 86 ] 等高聚物混合可以提升材料的补强、阻隔、耐热等诸多性能。其他材料与纳米粘土一样，其主要用途也是增强聚合物的性能 [ 2 ] [ 87 ] ，其中纳米纤维素、纳米分子筛和纳米碳酸钙有在食品保鲜上的研究，剩下材料的研究集中于其改性成为复合材料后的性能，应用于具体食品的并不多(表5)。 Table 5 Application of other nanomaterials in foo 纳米材料 包装材料 应用实例 纳米纤维素 聚乳酸/纳米纤维素复合膜 西兰花 [ 88 ] 葵花籽壳/纳米纤维素复合膜 草莓 [ 89 ] 聚乳酸复合膜/银/纳米纤维素复合膜 桑葚 [ 90 ] 壳聚糖/纳米纤维素复合膜 黄瓜 [ 91 ] 纳米分子筛 低密度聚乙烯/硅铝分子筛复合膜 草莓 [ 92 ] 、香蕉 [ 93 ] 聚乙烯/Hβ分子筛 樱桃 [ 94 ] 聚乙烯/分子筛和醋酸乙烯共聚物/分子筛 菠菜 [ 95 ] 纳米碳酸钙 聚乙烯醇/纳米二氧化硅/纳米碳酸钙 皮蛋 [ 96 ] 壳聚糖/纳米碳酸钙 茄子 [ 97 ] 、山药 [ 98 ] 表5. 其他的纳米材料在食品中的应用