壳聚糖在食品包装中已得到广泛研究。 为了帮助研究人员更好地了解壳聚糖在食品包装领域的研究进展，本课题组结合自身的研究工作，介绍了近年来壳聚糖基包装材料。 食品储藏与保鲜研究进展. 本文重点讨论基于壳聚糖的包装中薄膜、涂层和气凝胶的设计、制备和应用。 最后对壳聚糖食品活性包装的应用前景、挑战及可能的解决方案进行了总结和展望。 相关成果发表在《研究》上塑料包装材料新工艺及应用，标题为“基于：、和”。 南京农业大学食品科学与技术学院硕士生金晶为第一作者，吴正国副教授和郑永华教授为通讯作者。 该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省自然科学基金、江苏省研究生研究与实践创新计划的支持。
背景介绍
石油基包装材料的大量使用带来了石油资源的消耗和环境污染问题。 发展绿色可持续的“生物塑料”逐渐成为研究者的共识。 壳聚糖是甲壳素脱乙酰化而得的产品，甲壳素是自然界中仅次于纤维素的第二大天然聚合物。 它具有优异的成膜性、良好的抗菌性和可设计性，并且可生物降解。 、良好的生物相容性等优点，是绿色包装的理想材料。
近十年来，研究人员发表了大量关于壳聚糖基包装材料的文章，且文章数量逐年增加，表明壳聚糖基包装材料已得到广泛研究。
图1 壳聚糖包装材料研究论文统计。 数据来源于网络
图2. 壳聚糖基食品包装材料
壳聚糖及其衍生物
壳聚糖是天然多糖中唯一的阳离子多糖。 它是自然界中仅次于纤维素的第二大天然聚合物甲壳素经脱乙酰化而获得的产品。 其化学名称为(1-4)-2-氨基-2-脱氧-β-D葡聚糖。 壳聚糖分子中含有氨基、羟基等活性基团，可以对其进行设计和修饰，提高其溶解性、力学性能、阻隔性能等，开发新型壳聚糖衍生物和功能材料。 壳聚糖可通过烷基化、酯化、季铵化、羧化、接枝共聚、交联等改性得到其衍生物。
图 3. 壳聚糖修饰。 (a) 接枝儿茶酚的壳聚糖； (b) 接枝有咖啡酸和香豆酸的壳聚糖； (c) 季铵化儿茶酚功能化壳聚糖
壳聚糖基食品包装材料
01 壳聚糖基薄膜
目前，制备壳聚糖复合膜的方法主要有流延法、挤出法和静电纺丝法三种，其中流延法是最常用且简单的方法。 壳聚糖可单独用作基质形成薄膜。 但纯壳聚糖膜的机械性能较差。 同时，其抗菌和抗氧化作用也有限。 用于食品包装时，不能很好地保持食品品质和延长食品保质期。 。
有研究人员在制备壳聚糖复合膜时，添加了一些天然活性成分（如精油和酚类物质等）、金属及其离子（如纳米贵金属、氧化锌、二氧化钛等）等。 、无机材料（纳米粘土、石墨烯、MXene等）增强薄膜的机械、抗菌、抗氧化、阻隔等性能。 此外，壳聚糖还可以与其他合成聚合物（如聚乙烯、聚丙烯等）和天然聚合物（如纤维素、淀粉、木质素、玉米醇溶蛋白等）复合，制备多基体复合薄膜，获得更多的复合材料。食品包装薄膜具有良好的结构和性能。
图4 壳聚糖膜的制备方法
图 5. 单基质壳聚糖膜。 （A）。 图尔西精油与壳聚糖复配制备薄膜； (b). 纳米铜与壳聚糖复合制备的薄膜； （C）。 锂蒙脱石固定纳米银与壳聚糖复合制备薄膜； (d).碳球固定纳米银抗菌剂
图 6. 多基质壳聚糖膜。 （A）。 亚胺与壳聚糖复合膜； (b). 细菌纤维素与壳聚糖复合膜； （C）。 木质素与壳聚糖复合膜； (d). 明胶与壳聚糖膜复合膜
02 壳聚糖基涂层液
以壳聚糖为基质制备的涂膜液可以通过浸涂、喷涂、刷涂等方式涂覆在食品或包装材料上，并可以以直接涂敷或间接涂敷的形式用于食品保鲜。 基于壳聚糖的涂层液将在食品表面形成涂层。 作为屏障，涂层可以防止食物水分流失、防止微生物生长、延缓营养消耗。 该涂膜液用于果蔬时，可通过减少果蔬的呼吸和蒸腾作用，减少营养物质的消耗，保持其品质。 因此，涂层可以延长食品的保质期。 与壳聚糖膜类似，壳聚糖基涂膜液常与植物精油、金属离子或姜黄等其他活性物质复配，以提高涂膜的保存效果。 精油等生物活性成分存在不稳定、敏感性、利用率低等问题。 研究人员经常使用壳聚糖纳米粒子和脂质体等封装方法来提高其稳定性和可用性。
图 7.基于壳聚糖的涂层。 (a) 壳聚糖纳米颗粒封装杜仲精油，用于甜樱桃的保鲜； (b) 壳聚糖纳米粒子封装杜仲精油，用于双孢蘑菇的保存； (c) 壳聚糖纳米乳封装缬草精油用于保存柑橘； (d). 壳聚糖、肉桂醛、TiO2复合涂层用于草莓保鲜； (e). 壳聚糖大分子和纳米颗粒双层在PP和PE薄膜上； （ F）。 PE膜上脂质体包埋精油和纳米银涂层保鲜猪肉； （G）。 纤维素基包装纸上的功能性壳聚糖和蜂蜡复合涂层
03 壳聚糖基气凝胶
果蔬储存和运输过程中，防震缓冲包装尤为重要。 因此，为了减少保鲜果蔬在储存和运输过程中的损失，往往需要采用柔软且有弹性的包装材料进行包装。 气凝胶因其独特的多孔网络结构、超轻质、大比表面积等特点，是食品减震、冲击防护包装领域的理想材料。 目前，制备纳米纤维素气凝胶的方法包括冷冻干燥法、超临界干燥法、喷雾干燥法、烘干法和溶胶-凝胶法等。 为了进一步扩大纳米纤维素气凝胶的应用范围，一些研究人员对其进行了修饰或添加外源物质，赋予其抗氧化和抗菌性能。
图 8.基于壳聚糖的气凝胶。 （A）。 超低收缩壳聚糖-聚乙烯醇气凝胶； (b). 壳聚糖/纳米纤维素杂化气凝胶； （C）。 猪肉保鲜用壳聚糖-二醛纳米铜淀粉复合气凝胶
综上所述
基于壳聚糖的包装材料不仅绿色、环保、可持续，而且还可以轻松设计成多种形式塑料包装材料新工艺及应用，以满足食品包装的不同需求。 近年来，壳聚糖基薄膜、涂料和气凝胶在材料设计和应用研究方面取得了良好进展。 目前需要对壳聚糖进行改性，选择合适的天然活性成分、金属纳米粒子或其他聚合物与壳聚糖复合，以获得机械强度高、抗菌抗氧化性能优异的壳聚糖基食品包装材料。 主要研究方向。 但同时，需要考虑壳聚糖包装的功能性、安全性和可加工性等实际应用问题。 综上所述，壳聚糖基材料在食品包装领域具有广阔的前景。 随着广大科研人员的不断努力，它将逐步取代塑料包装，广泛应用于食品包装领域。
文章链接
图/文：金晶
排版：唐泛
审稿人：吴正国
