Trends|湖北大学李淇副教授、华中农业大学刘石林教授:纤维素纳米纤维稳定的皮克林乳液在活性食品包装中的应用:综述

食品包装是现代食品工业的关键环节，不仅能物理阻隔外界影响，还能延长食品保质期、减少浪费，保障食品感官与营养品质。然而，全球每年约三分之一的粮食因保鲜不当损耗，凸显了高性能包装对提升供应链可持续性的重要意义。

传统石油基塑料包装虽应用广泛，但难以生物降解，易造成环境污染与资源枯竭，与长期可持续发展目标相悖。在联合国可持续发展目标及消费者对环保产品偏好的双重驱动下，开发基于可再生资源的多功能、可生物降解包装已成为迫切需求。在此背景下，活性食品包装应运而生，除基础阻隔保护功能外，还具备抗菌、抗氧化及活性成分控释等特性，能更好地满足现代食品保鲜的复杂需求。

当前活性食品包装的开发策略包括在聚合物基质中添加天然生物活性物质、施加功能涂层或利用纳米颗粒增强性能，但这些方法普遍存在活性成分释放过快、加工流程复杂及潜在食品安全隐患等问题。乳液体系因能封装、保护并控释生物活性成分受到关注，但传统表面活性剂稳定的乳液存在食品接触安全性不足、物理稳定性有限等缺陷，限制了其在包装领域的应用。

Pickering 乳液（PEs）通过固体颗粒在油水界面的不可逆吸附实现稳定，无需或少用表面活性剂，安全性与稳定性更优，成为传统乳液的理想替代方案。目前已有淀粉、壳聚糖等天然颗粒用作 Pickering 稳定剂，但这些材料存在来源变异大、界面耐久性不足、表面改性可调性差等局限。

纤维素纳米纤维（CNFs）作为一种纳米材料，具有来源广泛、结构多样、表面羟基丰富、可再生性强等独特优势，其长径比、结晶度等可通过原料和提取工艺调控，能精准优化界面润湿性、表面电荷等关键性能，是极具潜力的绿色 Pickering 稳定剂。CNF 稳定的 Pickering 乳液不仅能提升包装的气体与水蒸气阻隔性、机械强度，还能实现天然抗菌剂、抗氧化剂的控释，且具备良好的成膜性、生物降解性与刺激响应性，可整合保护、控释、阻隔等多功能，为食品保鲜提供全面解决方案。

近年来，CNF 稳定的 Pickering 乳液在食品包装领域的研究取得一定进展，但相关研究分散于 CNF 来源、制备方法、乳液稳定机制及包装应用等多个方面，缺乏系统整合。因此，亟需通过综述形式梳理这些研究成果，明确 CNF-PE 的核心优势与应用潜力，为高性能、可持续的活性食品包装开发提供理论支撑，这也是本论文开展的核心背景。

CNF 的来源、制备及结构特性

纤维素纳米纤维（CNF）来源广泛，涵盖传统木质纤维素生物质、农业残留物，以及细菌、藻类、食品加工副产物等新兴资源，不同来源的 CNF 在形态、结晶度、分散性等方面存在差异，其特性受原料组成和提取工艺共同影响。CNF 的制备方法包括机械法、化学法、酶法及电子束照射、离子液体处理等新兴技术，机械法工艺成熟但能耗高，化学法可精准改性表面功能但存在环保隐患，酶法温和环保但效率较低，新兴方法在绿色化和产品均一性上展现优势，实际应用中常通过多种方法组合优化产率和性能。

CNF 稳定 Pickering 乳液的机制与生物相容性

CNF 凭借高长径比、固有两亲性及良好柔韧性，通过在油水界面不可逆吸附形成致密交织网络，同时构建三维连续相网络，有效抑制液滴聚结和相分离，其稳定效果与 CNF 的尺寸、表面润湿性及脱附能密切相关。CNF 及 CNF 基 Pickering 乳液整体细胞毒性低，符合食品接触材料的生物相容性要求，其安全性受原料杂质、使用浓度及表面改性方式影响，机械或酶法制备的 CNF 安全性更优，而化学氧化改性的 CNF 可能存在潜在生物风险，乳液态 CNF 的细胞响应与游离态存在差异，需关注高浓度暴露或乳液诱导的细胞应激。

CNF 基 Pickering 乳液包装的功能特性

CNF 基 Pickering 乳液可显著优化包装材料的核心功能，通过疏水油相嵌入与纳米颗粒网络构建，降低水蒸气质传速率，提升气体阻隔性能；借助表面能调控与微观粗糙度构建，改善材料疏水性，增强抗水抗油能力。在机械性能方面，CNF 的增强作用与油相的增塑效应协同，可通过界面工程实现强度与韧性的平衡；通过负载精油、抗菌纳米颗粒等活性成分，赋予包装长效抗菌与抗氧化功能，且可设计 pH、温度等刺激响应型释放系统，实现精准保鲜。此外，这类包装材料以天然聚合物为基质，具有良好的生物降解性，在土壤环境中可快速降解，契合可持续发展需求。

CNF 基 Pickering 乳液在食品包装中的应用

CNF 基 Pickering 乳液在食品包装中应用形式多样，包括 edible coatings、自支撑薄膜、纸基涂层及刚性容器等，可广泛适配水果、蔬菜、肉类、烘焙食品等多种食品的保鲜需求。在实际应用中，该类包装能有效延长食品货架期，减少水分流失与微生物污染，同时可通过整合智能指示功能（如 pH 响应颜色变化），实现食品新鲜度的实时监测。其应用已从单一表面防护向多功能整合发展，通过基质适配、活性成分负载优化及稳定剂协同，可满足不同食品的储存与运输要求。

研究挑战与未来发展方向

当前 CNF 基 Pickering 乳液在食品包装领域的应用仍面临诸多挑战，规模化生产的能耗与成本较高，绿色高效的加工工艺有待开发；CNF 来源与制备工艺的变异性影响产品批次稳定性，实际食品应用中的 efficacy 验证不足；活性成分的精准控释及复杂食品基质中的界面作用机制尚未完全阐明。未来研究应聚焦绿色规模化制备技术的开发，推动产学研结合与中试验证，建立标准化安全评价体系；优化乳液配方与界面工程，实现活性成分的靶向释放；开发智能整合型包装系统，适配更复杂的食品包装场景，助力可持续、高性能食品包装的商业化落地。

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