综述：用于可持续包装的静电纺丝植物和动物源生物聚合物：综述

《European Polymer Journal》：Electrospun plant and animal derived biopolymers for sustainable packaging: a review

　　生物聚合物电纺材料在可持续包装中的应用研究综述，重点探讨植物和动物源生物聚合物的亲水性和抗菌性能优化策略，包括化学交联、亲脂性聚合物复合及天然提取物添加等方法，同时分析规模化生产、长期稳定性评估等现存挑战。

　　近年来，随着全球对可持续发展和环境保护的关注不断加深，传统塑料包装材料因其不可降解性和对环境的潜在危害，逐渐受到质疑。特别是在食品包装领域，人们对包装材料的生态友好性、安全性以及功能性提出了更高的要求。在此背景下，生物基材料（biobased materials）作为一种可替代传统合成塑料的环保选项，受到了广泛研究和应用。其中，电纺技术（electrospinning）因其独特的加工优势，成为制备具有功能性、高性能的生物基包装材料的重要手段。

电纺技术是一种通过静电作用将聚合物溶液或熔体拉伸成纳米至微米级纤维的方法，能够制备出具有高比表面积、可控孔隙率以及优异物理性能的非织造材料。这些材料不仅在生物医学领域（如伤口敷料、药物输送、组织工程支架）中展现出广阔的应用前景，也在过滤、传感器、电池、防护材料等其他领域中得到应用。然而，在食品包装中，电纺材料的潜力更是得到了充分挖掘。由于其独特的结构和可调的性能，电纺材料可以有效提升食品的保质期、降低微生物污染风险，并且具备良好的阻隔性能，以延长食品的储存时间。

植物和动物来源的生物聚合物（biopolymers）作为电纺材料的重要组成部分，具有天然的可降解性和生物相容性，这使其在食品包装中成为一种理想的材料选择。植物来源的生物聚合物主要包括纤维素、淀粉、壳聚糖、木质素等，而动物来源的生物聚合物则包括胶原蛋白、明胶、丝蛋白、角蛋白等。这些材料不仅来源广泛、可再生，而且具有良好的生物降解性，能够减少对环境的长期影响。在电纺过程中，通过调控聚合物的组成、浓度、加工参数等，可以制备出具有不同性能的包装材料，从而满足食品包装的多样化需求。

在食品包装中，电纺材料的表面润湿性（surface wettability）和抗菌性能（antibacterial properties）是两个关键指标。表面润湿性直接影响包装材料与食品之间的接触性能，进而影响食品的保存状态。对于需要保持干燥的食品，如干果、坚果、谷物等，提高电纺材料的疏水性（hydrophobicity）是必要的。而抗菌性能则对防止食品在储存过程中受到微生物污染具有重要意义。通过在电纺过程中引入抗菌剂，如天然抗菌物质（如精油、植物提取物）或合成抗菌剂（如银纳米颗粒、季铵盐），可以有效提升包装材料的抗菌能力，从而延长食品的保质期。

此外，为了进一步提升电纺材料的性能，研究者们还探索了多种改性策略。例如，通过将疏水性聚合物（如聚乳酸PLA）与生物聚合物复合，可以增强材料的疏水性，同时不影响其生物降解性。化学交联（chemical crosslinking）也是一种有效的改性方法，通过使用交联剂（如戊二醛、聚乙烯醇PVA）对生物聚合物进行交联处理，可以提高材料的机械强度和稳定性，使其更适用于食品包装。同时，添加双功能添加剂（如精油、天然抗氧化剂）不仅能够改善材料的疏水性，还能增强其抗菌性能，从而实现多功能一体化的包装材料。

在实际应用中，植物和动物来源的生物聚合物电纺材料展现出良好的性能。例如，壳聚糖电纺膜具有优异的抗菌性能，适用于肉类、乳制品等易受微生物污染的食品包装。纤维素电纺材料则因其良好的机械性能和可再生性，被广泛用于水果和蔬菜的包装，以减少水分流失并延长保质期。而胶原蛋白电纺材料则因其良好的生物相容性和柔韧性，适用于柔性包装材料的开发，如可降解的食品保鲜膜。这些材料不仅能够满足食品包装的基本需求，还能在一定程度上提升食品的安全性和品质。

尽管植物和动物来源的生物聚合物电纺材料在食品包装中展现出诸多优势，但在实际应用过程中仍然面临一些挑战。首先，电纺技术的工业化生产仍然存在一定的难度。目前，电纺设备的规模和成本限制了其在大规模食品包装生产中的应用。因此，如何提高电纺技术的生产效率、降低生产成本，是实现该技术大规模应用的关键。其次，电纺材料的长期稳定性和耐久性仍需进一步研究。在实际使用过程中，包装材料可能会受到温度、湿度、光照等因素的影响，因此需要评估其在不同环境条件下的性能变化，以确保其在食品储存过程中的可靠性。

此外，植物和动物来源的生物聚合物电纺材料并不适用于所有类型的食品产品或储存条件。例如，某些高水分含量的食品可能需要不同的包装材料，以确保其在储存过程中的安全性。因此，研究者们需要针对不同食品类型和储存需求，开发具有针对性的包装材料。同时，目前对于这些材料的生命周期分析（life-cycle analysis）仍然不够全面，缺乏系统性的评估方法。因此，如何评估这些材料从生产、使用到废弃的全过程对环境的影响，是推动其广泛应用的重要前提。

为了克服这些挑战，未来的研究需要从多个方面入手。首先，需要进一步优化电纺工艺，提高材料的生产效率和质量。其次，需要加强对电纺材料在不同环境条件下的性能评估，以确保其在实际应用中的可靠性。此外，还需要探索新的改性方法，以提高材料的多功能性，满足食品包装的多样化需求。同时，加强生命周期分析的研究，全面评估材料对环境的影响，也是推动其可持续发展的关键。

总的来说，植物和动物来源的生物聚合物电纺材料在食品包装领域展现出巨大的潜力。它们不仅能够有效提升食品的保质期和安全性，还能减少对环境的污染，符合可持续发展的理念。然而，要实现这些材料的广泛应用，还需要克服一系列技术、经济和环境方面的挑战。未来的研究应聚焦于提高电纺技术的工业化生产水平、优化材料的性能、加强生命周期分析，以推动生物基包装材料在食品行业中的商业化应用。同时，还需要加强跨学科合作，整合生物技术、材料科学、环境科学等领域的研究成果，以实现更高效的创新和应用。