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食品包裝是包裝工業的大戶，2020年中國的食品包裝市場份額達6000億元，隨著包裝行業快速發展，以及消費市場多樣化需求，食品包裝正朝防油防水、保鮮、高阻隔、抗菌、智能等方向高速發展。近年來，納米材料被廣泛應用于包括包裝在內的各個領域，其需求量也逐年攀升。在對包裝要求不斷提高的食品行業，納米包裝材料不僅能夠很好地保證食品質量，滿足不同食品的包裝要求，同時又能延長食品保質期，對食品產業、食品包裝產業的發展將有很大的推動作用，本文就典型納米包裝材料，納米技術在功能型食品包裝上的應用做了系統的總結分享， 供行業伙伴參考學習。
納米材料是納米技術*重要的基礎，在1～100nm尺寸范圍內的納米材料具有其獨特的尺寸效應，因而會呈現出許多大塊材料不具備的特殊性質，如優異的物理化學性能、較好的力學性能、優良的加工性能、較好的生態性能等。像纖維素、淀粉、殼聚糖、蛋白質等天然的高分子材料都是優異的納米基材。
典型納米材料
（1）納米纖維素
纖維素是一種多糖和*豐富的聚合物，廣泛存在于植物的細胞壁中，是植物強度的根基。納米纖維素是納米結構的纖維素，它可以是納米晶體或納米纖維，具有幾微米的長度和<100 nm 的直徑。納米纖維素是通過機械和化學過程從植物中提取的，它們具有良好的氫鍵結合能力，這使得它們能夠形成堅固而致密的分子不可滲透的表面，從而為它們提供出色的阻隔性能。納米纖維素用于造紙和復合材料行業，以提高其強度、機械性能、均勻性和生物降解性。由于兩種成分之間存在界面差異，在生物聚合物中摻入納米纖維素是一種具有挑戰性的方法。目前納米纖維素中試和規模生產主要集中在發達國家，如加拿大、美國、日本、瑞典、芬蘭等，且CNF的生產廠家及產能明顯多于CNC，其主要原因是由于CNC生產效率低以及環保問題所致。
近年來，中國科學技術大學俞書宏院士團隊通過纖維素納米纖維和二氧化鈦包覆的云母片復合，制備出具有仿生結構的高性能可持續結構材料，具有比石油基塑料更好的機械性能與熱性能，有望成為塑料的替代品。中科院理化所黃勇團隊將納米纖維與可降解塑料PBAT復合，成功得到了能夠滿足應用需求的新材料，并大大降低可降解塑料的成本。日本的綠色科學聯盟有限公司用納米纖維素聚乳酸復合材料注塑成型制作了餐具樣品，圣泉集團、北方世紀、寧波糖聚新材料、天津木精靈等多家企業也相繼實現了納米纖維素噸級生產。
（2）納米淀粉
淀粉是一種復雜的多糖，由直鏈淀粉和支鏈淀粉這兩種聚合物組成。納米淀粉是通過使用各種物理和化學處理將淀粉顆粒分解來制備的。淀粉納米顆粒也被稱為淀粉納米晶體，被發現可用作復合材料中的納米填料，以提高強度、柔韌性、生物降解性、不透水性、熱和阻隔性能。
（3）蛋白質納米粒子
基于蛋白質的納米顆粒用于食品包裝以提高強度和阻隔性能，例如水阻隔性能 。發現花生蛋白納米粒子在加入蛋白質-淀粉基生物復合材料時可提高強度、耐溫性和防潮性能。玉米醇溶蛋白納米顆粒改善了基于分離乳清蛋白的薄膜的機械和防潮性能。
（4）殼聚糖納米粒子
殼聚糖是一種來源于幾丁質的多糖，存在于真菌的細胞壁、節肢動物的外骨骼和甲殼類動物中。殼聚糖對環境友好、無毒，并具有優異的抗菌性能，使其成為潛在的納米顆粒，可用于包裝。殼聚糖添加到聚乳酸薄膜等可生物降解聚合物中時，可提高氣體和水分阻隔性能 。殼聚糖納米粒子可以有效提高生物復合膜的物理、機械和阻隔性能。它們還改善了抗菌性能以及由于疏水性，氫的形成以及殼聚糖納米顆粒和生物聚合物之間的共價鍵導致的水分不滲透性，從而降低了水分擴散的速率。
（5）碳納米管
碳納米管是碳同素異形體，卷成直徑在納米范圍內的圓柱形，并且可以是兩種類型：單壁納米管和由幾個同心圓柱體組成的多壁納米管。碳納米管用于改善包裝中使用的聚合物的機械和抗菌性能 。碳納米管還用于形成氧傳感器，以監測其在改良大氣包裝中的濃度。碳納米管被摻入用于食品包裝的合成聚合物基質中，以提供抗菌性能和智能傳感器，可以檢測食品的變質。
（6）銀納米粒子
銀納米粒子 (AgNPs) 被廣泛用作食品包裝中的抗菌劑，以延長食品的保質期。AgNPs 對各種革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌具有抗菌活性，這種抗氧化活性使得開發一些用于合成銀納米粒子的簡單、經濟有效和環保的工藝變得至關重要。AgNPs 在可生物降解（多糖，如纖維素、淀粉、殼聚糖）和不可生物降解（聚乙烯、聚氯乙烯、乙烯-氯乙烯）聚合物中用作抗菌劑，用于制造活性食品包裝。AgNPs 可以通過從包裝材料緩慢釋放到食品中來對抗微生物，因此由于毒性特征，必須考慮它們的遷移。使用嵌入 AgNPs 的活性包裝薄膜和涂層是有益的，這些技術能減少添加到食品中的防腐劑的使用，以保持質量和延長保質期。
納米粒子合成技術
食品包裝是食品行業不可或缺的一部分，有助于儲存具有保留營養和感官特性的食品。納米技術在食品包裝中的應用主要體現在納米抗菌、保鮮、高阻隔性3個方面，納米材料、納米技術的發展有力推動食品包裝的創新發展。
高阻隔性納米包裝材料食品包裝，特別是飲料、肉類、油炸類等食品的包裝，對包裝材料的阻隔性要求很高，包裝材料的阻隔性直接關系到食品的保存質量和保質期，關系到消費者的健康。高阻隔性的包裝能夠長時間的保持食品的營養成分、風味和品質，防止微生物的入侵，從而減少因食品變質而帶來的食品安全事故。
功能性納米粒子可改善食品包裝材料的阻隔性能、熱穩定性、強度和耐用性等各項性能。用于食品質量保持和保質期延長的納米包裝材料通常可以通過兩種方式合成，一種是將納米顆粒摻入傳統食品包裝材料如薄膜和容器中，另一種是制造納米復合多層包裝材料和通過浸漬、噴涂或摩擦的有機、無機和組合納米涂層。納米技術有助于制造改進的食品包裝的物理和機械性能、包裝的抗菌、抗氧化和紫外線吸收性能以及智能包裝監測/控制的食品條件。
納米包裝材料應用
目前，我國國內有許多企業和研究機構對高阻隔性納米包裝材料進行開發與研究，有些企業已建立相關的生產線，生產的高阻隔性納米包裝膜可用于食品、藥品、果蔬等產品的包裝。
活性包裝
活性包裝是通過防止微生物入侵、水分增加、氧化、過熟等來延長食品保質期的新方法。在活性包裝中，一些成分，如除氧劑、乙烯吸收劑、抗氧化劑、二氧化碳釋放劑、抗菌劑被添加到包裝材料或包裝頂部空間中，以增強包裝聚合物的性能 。抗菌劑通過破壞微生物的細胞結構或抑制其代謝途徑來抑制微生物的生長。
智能包裝
根據歐盟委員會的規定，2004 年智能包裝材料被定義為“監測包裝食品狀況或食品周圍環境的材料和物品”。智能包裝由條碼、射頻識別標簽 (RFID)、傳感器、指示器等智能設備組成，用于通信、監控、感知、記錄、跟蹤和指示有關食品的信息供應鏈中的安全、質量和歷史記錄 。MRC 統計報告稱，到 2022 年，全球智能包裝市場將達到 327 億美元，復合年增長率為 11%。許多專家都預測，智能包裝將成為所有包裝中擴展*快的部分，因為它具有獨特的、交互式的、對客戶友好的特性，而且成本更低。
納米傳感器是納米技術*成功的輸出之一，用于監測新鮮和加工食品的外部和內部條件。一些食品極易腐爛，并隨著儲存條件的變化而變質，因此需要開發各種指標，如時間-溫度指標、pH 指標、泄漏指標來監測食品質量。新鮮度指示器代表視覺顏色變化，指示產品是否適合食用，時間和溫度傳感器通過明顯的顏色變化指示打開后經過了多長時間，并顯示還剩多少時間可以安全食用食物。Jayakumar 等人開發了摻入氧化鋅納米顆粒和植物化學物質的淀粉-聚乙烯醇基薄膜，該薄膜顯示出良好的抗菌活性和獨特的顏色變化，這使其成為用于活性和智能包裝的潛在候選者。
食品包裝中納米顆粒的毒理學
在任何新型食品包裝材料的開發過程中，必須研究成分的遷移特性，以找出食品中任何有害或不需要的成分的遷移情況。根據歐盟委員會2011年的規定，遷移測試是指“確定物質從材料或物品中釋放到食品或食品模擬物中的情況”。大的表面積與體積比使納米顆粒與其原始形式完全不同，這也可能是它們在暴露時由于它們遷移到食物中而在體內產生毒性的原因。納米粒子的毒性取決于它們的類型、濃度、暴露時間和個體的敏感性，但是仍然沒有關于納米粒子的毒性及其有害影響的充分數據。
通常，有機納米顆粒（例如蛋白質、脂質、淀粉、殼聚糖）被認為在本質上是無毒的，因為它們在人體胃腸道中完全消化并且不是生物持久性的。由于較大的表面積與體積比，有機納米顆粒的消化、生物利用度和營養特性可能與其原始形式不同。有機納米粒子可能會增加生物利用度，并且在某些化合物中，這可能會導致毒性，因此需要進行體內和體外研究來開發安全的食品。近年來，人們對食品中納米粒子的遷移進行了研究，其中大部分研究都是關于銀納米粒子的遷移。銀納米粒子為包裝材料提供了各種特性，但由于它們可能引起毒性而存在局限性。銀納米粒子可引起神經毒性、遺傳毒性并且可以沉積在肝臟、腎臟、睪丸和大腦中，但銀納米顆粒在食物中的遷移率達到這個水平是非常低的。
如果納米粒子正確嵌入聚合物基質中，它們遷移的機會不是很高，但一些外部因素會導致它們遷移到食品中。因此，在制造與食物直接接觸的任何納米復合材料之前，研究納米粒子與聚合物的遷移、毒性、允許限度和相互作用非常重要。
包裝涂層
如今，納米涂層被用于食品包裝以設計改進的食品包裝。食品涂層可以以薄層或薄膜的形式應用，可以由可食用和不可食用的材料制成。可食用涂層是一種很有前景的延長食品保質期的技術。不同的生物聚合物，例如多糖，脂質蛋白用于合成可食用涂層。由單一聚合物制成的涂層為食品包裝提供了可能不足以完全保持食品質量的特定性能，因此，同時提供多種性能，對復合材料和納米復合材料的有效保存需求就出現了。與簡單的食用相比，納米填料改善了可食用薄膜的機械性能、阻隔性能和顏色，但需要更多的研究來增強其在合成薄膜方面的競爭力。
對食品品種日益增長的需求增加了對開發更可靠和有效的食品包裝的研究。納米技術為食品行業開發具有改進物理、機械和功能特性的食品包裝帶來了希望。當下的食品消費趨勢表明納米技術是前沿高新技術，并在食品包裝領域占據主導地位。為了加快納米技術與材料在包裝上的研發與應用，7月13-15日，湖南工業大學特聯合DT新材料在湖南株洲舉辦“2022綠色包裝材料與技術國際會議”，邀請歐洲科學院胡國華院士、麥吉爾大學汪懌翔教授、美國田納西大學李密教授、湖南工業大學郭韻恬老師蒞臨本次大會， 分享納米共混技術， 納米纖維素填充，納米改性技術以及纖維素微納改性等四個方向的主題報告，“未來納米”歡迎您來現場與專家做交流探討！
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