APPS | 食品保鲜的新策略：可食用涂层纳米技术中的最新进展和挑战

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Abstract

可食性涂层近年来作为一种可持续且多功能的方法，在提高食品保鲜方面得到了越来越多的关注。这些涂层由食品级聚合物如蛋白质、多糖和脂质制成，不仅在物理保护方面提供了好处，还通过添加天然抗氧化剂和抗菌剂来减少微生物变质。最近的研究集中在通过纳米技术增强这些涂层，这使得活性化合物的精确包埋和可控释放成为可能。在这种情况下，包括纳米乳液、纳米颗粒和纳米复合材料的纳米级体系增强了阻隔、机械和光学性能，同时保持了透明度和感官吸引力。绿色合成方法的进步进一步支持了环保纳米材料的发展，强化了可食涂层作为商业可行解决方案的潜力。尽管如此，纳米材料的规模化生产和监管审批过程仍然存在挑战。消费者的接受度也依赖于确保涂层的安全性、可消化性和感官影响。本综述总结了配方、通过纳米技术进行的功能增强、绿色合成以及商业化挑战方面的最新进展，为可食性涂层在食品包装和保鲜未来潜力提供了全面的展望。

01

Introduction

食品在整个过程中面临着许多挑战，从农场到餐桌，从原料收获到消费者消费。每个阶段都提出了挑战，这些挑战可能会影响食品的质量和安全性（图1）。在早期阶段，来自环境因素的污染，如土壤传播的病原体，真菌疾病，不当的处理方法和不当的储存条件会导致微生物生长，腐败和营养损失。对于水果和其他易腐烂的产品，在收获后，也会经历迅速的生理变化，包括呼吸速率和乙烯产量的增加，导致感官变化，如软化和颜色退化。此外，食品产品的分配通常与运输车辆中的温度波动和运输时间相关的挑战，这可能会加速变质或污染。即使在零售和消费者层面，食品仍然可能遭受不正确的处理暴露在氧气、紫外线（UV）或次优储存条件下，这进一步缩短了其保质期并影响了其安全性。除了这些，在食品加工过程中，保存技术如热处理、紫外线消毒和近红外光热消毒可能会改变食品的营养成分、口感和风味，从而可能影响其安全性和食用性。持续的挑战突显了对创新保存策略的需求，这些策略不仅可以防止变质以保持食品安全，还可以保持营养质量并最大限度地减少食物浪费

图1 食品生产所有阶段的食品保存挑战

在食品工业中，包装对于食品的保存起着至关重要的作用，它为食品提供了在整个分销过程中免受物理损坏污染和水分流失的保护。这些保护功能对于确保食品在视觉上吸引消费者并保持完好无损的状态至关重要，特别是对于水果、蔬菜、种子、果等产品。然而，大多数传统包装材料并不专注于积极防止微生物污染，使得这些易腐烂的产品容易受到食源性病原体的侵害。这种在微生物保护局限性对于新鲜农产品来说存在重大风险，这是当前食品安全问题的主要原因。传统上，合成化学杀菌剂被用于控制采前疾病，但它们的应用效力下降而引起关注，并且与化学残留物相关的潜在环境破坏或人体健康风险。此外，合成材料，虽然广泛采用食品产品的传统包装，但也带来了大量的环境问题。塑料和其他不可生物降解的材料，虽然因其耐用性和低成本而广泛使用，但难以回收，并且经常在填埋场中积累，在那里它们会带来长期的环境危害。其中一些材料（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯）甚至可能释放出物质，如双酚A和二噁英，影响环境和公众健康。

在以上挑战的推动下，人们对当前食品包装策略的可持续、多功能替代品产生了越来越浓厚的兴趣。可食性涂层是一种可以轻松应用于食品产品表面的薄而可食用的涂层，它是一种很有前景的方法。与传统包装不同，可食性涂层由可生物降解的食品级材料配制而成，这些材料与食品相互作用，以提高质量并延长保质期。这些涂层不仅提供防止物理损坏的保护屏障，还可以添加天然抗氧化剂和抗菌剂，以主动抑制变质和食源性病原体。近年来，纳米技术已成为食品包装领域（包括可食性涂层）的一种变革性工具。生物活性化合物的纳米级输送和纳米增强材料的工程化，允许对功能进行精确调整，并增强阻隔、和光学性能。本综述深入探讨了这些进展。此外，多年来，全球消费趋势一直倾向于选择天然/植物基成分的食品产品，这是由于对个人和环境问题的认识提高。消费者倾向于选择那些加工最少且由天然成分制成的产品，以避免对其新鲜度和营养/功能特性造成重大变化。为应对这一转变，来源于天然来源的可食性涂层在研究和工业中得到了广泛关注，因其可生物降解性、对环境的影响以及解决关键食品保存挑战的潜力。

02

可食性涂层最新进展

组成

生物源聚合物历来用于食品包装，现在作为合成材料的替代品重新引起人们的兴趣。例如，豆浆蛋白和明胶因其保护性能而被长期使用。现代可食用涂层是在这一基础上构建的，通过整合各种生物聚合物和添加剂增强其功能。这些涂层的基底，通常被称为聚合物基质，可以由蛋白质（例如，酪蛋白、乳清蛋白、大豆蛋白、玉米醇溶蛋白胶原蛋白和明胶）、多糖（例如，淀粉、纤维素衍生物、几丁糖、海藻酸、果胶、卡拉胶和普鲁兰胶）或脂质（例如，蜂蜡、巴西棕榈蜡、脂肪、油）构成，每种材料提供独特的性能，以满足不同的保存需求。这些基础成分进一步通过乳化剂、增塑剂、抗菌剂、抗氧化剂和其他功能性添加剂进行补充，以具有高度特定功能性的涂层。乳化剂，如卵磷脂和聚山梨酯，对于稳定涂层中亲水和亲脂成分的混合物至关重要，确保了活性成分的均匀分散，提高了涂层的均一性和性能。可以掺入额外的添加剂如着色剂、香料和甜味剂以增强可食用涂层的美学和感官吸引力，使其更容易被消费者接受。增塑剂对于增强可食用膜的柔韧性和弹性至关重要，降低聚合物基质中的分子间力来减少脆性。常见的增塑剂如甘油 (在研究中常用)，山梨糖醇，聚乙二醇(PEG)，丙二醇和蔗糖改善聚合物膜的易损性和伸长率，确保在处理或储存过程中有效地粘附到食品表面。它们还在决定薄膜的总体机械性能中发挥重要作用，包括拉伸强度（TS）和断裂伸长率（EAB）。功能性添加剂进一步扩展了现代可食用涂层的能力。抗菌剂如精（如百里香和牛至）、有机酸（如乳酸和醋酸）、乳酸链球菌素和溶菌酶能够积极抑制变质和病原体的生长，提高食品安全性。例如，富含牛至油的涂层已被证明可以有效减少新鲜农产品上的微生物数量。这些抗菌剂通常通过乳化或分散在成膜溶液中，使其在食品表面均匀分布并持续发挥作用。同样，包括抗坏血酸生育酚和丁基羟基甲苯（BHA）等抗氧化剂，以防止氧化变质，保持食品的颜色、风味和营养质量。它们的溶解性，这些抗氧化剂要么溶解在溶剂相中，要么均匀地混入涂层乳液中，以确保在整个薄膜中均匀分布。最后，食品级，通常是水和乙醇，用作载体，溶解或分散涂层成分，通过浸渍、喷涂或刷涂等方法促进应用。溶剂的选择取决于其与活性化合物食品产品的兼容性，有助于优化涂层性能并确保安全。

功能性属性

可食性涂层设计有特定的功能特性，以满足各种食品产品的保藏、保护和感官需求。这些特性包括光学属性机械强度、表面性能、水分和气体阻隔能力、溶解性以及抗氧化和抗菌性能。近年来，这些涂层的机械性能（例如，断裂强度、断裂长率和杨氏模量（YM））和阻隔性能（例如，水蒸气透过性（WVP）、氧气透过性（OP）和二氧化碳透过性（CDP））得到了全面研究，如表1所示。这些特性不仅有助于涂层在食品保藏和保护方面的有效性，而且影响消费者的接受度、食品安全产品的保质期。聚合物基质类型、结晶度以及薄膜形成条件，例如pH值、溶剂类型和温度，都会显著影响可食性涂性能。此外，加入各种添加剂，如增塑剂、抗菌剂、抗氧化剂、乳化剂和交联剂，进一步修改了这些性能使涂层能够满足不同食品产品的多样化要求。

表1按成膜基质总结的食用膜的膜特性，包括TS、EAB、YM、水溶性（WS）、WVP单位标准化为g/(Pa•s•m)

光学特性，包括透明度、光泽和颜色，对于消费者的吸引力至关重要，特别是对于新鲜农产品来说，视觉质量对其市场有着显著影响。理想的食用涂层应在不改变产品颜色或亮度的情况下保持其自然外观，因为可见的变化可能会降低消费者的接受度。除了使视觉干扰最小化之外，涂层还可以通过减缓储存期间的变色和表面降解来积极地保持产品的原始外观。由乳清蛋白或羟丙基甲基纤维素等生物聚合物制成的透明层可以保持食品的自然外观。然而，某些添加剂，如色素或分散性差的乳化剂，会降低均匀性和透明度。纳米乳液配方的进步使得涂层能够同时实现高透明度和功能性。此外，光学特性还扩展到紫外线保护，这是某些必要特性。紫外线照射通过包括蛋白质变性、脂质氧化、抗氧化剂破坏和DNA损伤在内的机制引发食品变质，这些机制由光氧化和活性氧生成驱动。加入像二氧化钛纳米颗粒或植物源酚类化合物这样的紫外线阻隔剂，为防止光降解提供了额外的保护层，减少了暴露外的农产品中的氧化应激和营养流失。

食品涂层材料的机械强度对其性能至关重要，因为它影响涂层在处理、运输和储存期间承受物理应力的能力。它还影响涂层表面的光滑度，从而影响产品的视觉吸引力和一致性。此外，机械性能决定了涂层与食品表面附着的程度，确保其完整并有效保护食品。坚固且灵活的涂层有助于防止对易碎食品（如浆果）的损坏，同时保持均匀一致的保护层拉伸强度（TS）和断裂伸长率（EAB）等特性决定了机械性能。这些特性主要受到聚合物基质和增塑剂等添加剂的影响。壳糖和果胶等材料提供了高拉伸强度。例如，基于壳聚糖的薄膜与果胶结合使用时，显示出卓越弹性，这对于包装易碎水果至关重要。增塑剂的添加，如甘油或山梨醇，可以提高柔韧性，但可能会降低整体强度。外部因素，如储存条件，包括温度波动，也会改变这些机械性能。

溶解性决定了两种不同的功能：一种是抵御储存环境中的湿度，另一种是易于去除或消耗涂层，影响其在类型食品中的应用。水溶性涂层，如普鲁兰胶或海藻酸盐，在食用应用中具有优势，因为它们在口中能迅速溶解。相反，具有部分疏水性的涂层，如结合壳聚糖与纤维素衍生物的涂层，能够在保持适度的溶解性的同时提供湿度阻力pH值、离子强度和交联剂的存在等因素在改变溶解性方面起着重要作用。例如，酸性条件增强了壳聚糖膜的溶解性，这可能对涂覆酸性水果上的涂层有益。湿度和水蒸气阻隔性能对于防止新鲜农产品重量损失特别重要。由疏水性材料（如蜡或脂质）制成的层提供了有效的湿度阻力。环境湿度和温度的变化影响薄膜两侧的蒸汽压梯度，直接影响水蒸气透过率。较高的温度蒸汽压，加速湿度损失。最近的研究表明，将脂质与果胶或海藻酸盐等生物聚合物整合形成结构化基质，可以提高水蒸气阻力，同时减少脆性。此外，气体透过性可根据不同食品的具体需求进行调整。对于某些农产品，限制氧气透过有助于防止变质，其他农产品，允许气体交换则有益，特别是为了减少乙烯积累和延缓成熟，从而延长保质期。

具有抗氧化特性的可食用涂层对于防止食品的氧化降解至关重要，这种降解可能会影响风味、颜色、质地和价值。抗氧化剂如抗坏血酸、生育酚和酚类化合物通常被整合到涂层中，以中和自由基并减缓脂氧化。这些涂层对于容易褐变或氧化变质的果实特别有效，如草莓和苹果。影响抗氧化剂效果的因素包括抗氧化剂类型和浓度、抗氧化剂与聚合物基质的兼容性以及储存期间的温度和氧气水平等环境条件。涂层中的抗菌特性有助于抑制病原菌和变质的生长，从而延长易腐食品的保质期。抗菌剂如精油（如百里香、牛至）、有机酸和生物活性肽（如乳酸球菌素或溶菌酶）经常被整合到这些涂层中。抗菌涂层的有效性受到活性剂扩散速率、微生物对这些物质的敏感性以及涂层储存的环境条件的影响。例如，基于壳聚糖的涂层中加入肉桂精油，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌显示出的抗菌活性。此外，pH敏感涂层可以在特定条件下增强抗菌剂的释放，并作为指示剂，进一步优化它们在不同食品产品中的功能。

可食性涂层是一种实用的可持续解决方案，通过形成防止微生物生长、减少水分流失和保持营养特性的保护，增强食品产品的保质期和质量，特别是新鲜农产品。这些涂层以液体形式通过喷涂、浸渍或流化法应用，为易腐烂食品简便而高效的保护方式。虽然可食性涂层具有多种优势，但与传统合成包装相比，它们也存在局限性。其中一个主要挑战是可食涂层的相对耐用性较低，特别是与商业塑料基材料相比。这些涂层往往在环境压力下更容易降解，这就是为什么该领域的研究往往集中在开发复合层。通过整合其他材料，目的是增强这些涂层的结构完整性、水分阻力和屏障性能。近年来，人们越来越关注多功能可性涂层，这些涂层不仅可以保存食物，还可以提高其安全性和感官特性。这些涂层越来越被设计为结合多种功能，如抗菌、抗氧化保护和感官增强（例如，光泽、质地、风味）。整合智能技术，如监测食品状况的传感器或活性剂释放，可以增强可食性薄膜，使其在实时中更加有效和响应迅速。一个重要的研究领域是了解可食性涂层有效性的机制，特别是各个组成部分之间的相互作用以及这些相互作用如何涂层的整体性能做出贡献。这些机制包括如何更好地将抗氧化剂、抗菌剂和功能性添加剂纳入涂层中，它们的释放曲线，以及它们如何与基体聚合物协同以抑制变质和微生物生长。

03

纳米技术在可食用涂层中的应用

纳米技术整合的依据

为了克服传统可食用涂层相关的限制，最近的研究越来越倾向于应用纳米技术。通过将材料减少到亚微米（<1000 nm），纳米技术提供了在更高效和受控的方式下将活性化合物（如精油、多酚和维生素）整合到生物基质中的机会。这种整合通过改善机械和阻隔性能以及抗氧化和抗菌功能，解决了食品保藏中的关键挑战。可食用涂层中使用纳米技术的主要好处之一是能够在纳米系统中封装功能性或活性成分。这些纳米系统增强了活性成分在亲水或疏水基质分散性，并显著提高了它们的稳定性。纳米级的尺寸确保了活性成分的均匀分布，最小化聚集，并允许通过受控释放来延长保质期。这一特性有助于防止氧化降解和微生物污染，解决了与传统涂层中活性成分快速消耗相关的挑战。此外，纳米系统的高表面积与质量比最大限度提高了其活性成分的装载能力，从而实现了有效和持续的功能。此外，携带活性成分的纳米系统的整合还可以改变结构特性，并增强其阻隔或功能。纳米技术虽然不能直接解决某些生物聚合物作为食用涂层的内在局限性，但包含纳米级材料可以减少活性剂的自由体积，增强相互作用，并与聚合物基质中的生物活性聚合物协同作用。这优化了它们的灵活性、机械性能和水蒸气阻隔性能它们的纳米级尺寸也被认为可以确保涂层保持透明和视觉吸引力，这是消费者接受的一个重要因素。

可食性涂层中使用的纳米系统类型

纳米技术通过引入多种纳米系统，包括纳米粒子、纳米乳液、纳米管和纳米纤维，扩大可食用涂层可能性。用于可食用涂层的纳米材料可以根据其结构和成分进行分类。有机纳米系统包括基于聚合物的纳米粒子、纳米乳液和脂质，通常由生物相容性材料如壳聚糖、海藻酸盐和蛋白质合成。这些材料不仅确保环境安全，还能增强疏水生物活性物质的受控释放，如精油和类胡萝卜素。例如，如图2A所示，制备了一种基于壳聚糖的可食用涂层，其中嵌入了有白藜芦醇的纳米粒子（RNPs），以有效提高白藜芦醇的水溶性和生物利用度，同时通过减少脱水、微生物生长和流失来保持草莓质量，从而在常温和冷藏条件下延长保质期。类似地，掺入肉桂油和乳酸链球菌的可食用层中的海藻酸纳米囊被发现可以显著提高冷藏牛肉片的保质期，使其质量保持长达15 d。另一方面，无机纳米材料，氧化锌（ZnO）、银（Ag）和二氧化钛（TiO₂），提供了卓越的抗菌性能、热稳定性和对氧化降解的改进抵抗力。它们整合到生物聚合物基质中，增强了涂层结构，并延长了食品的保质期。例如，掺入淀粉基涂中的ZnO纳米粒子已被证明可以显著减轻百香果的产后挑战，包括重量损失和微生物生长，其中0.2%的涂层在10 ℃下储存42 d期间，在保持物理化学性质和延长保质期方面显示出最佳结果。此外，TiO₂纳米粒子因其紫外线阻挡性能利用，保护水果中的营养物质。其他纳米复合材料在生物聚合物基质中整合有机或无机纳米粒子，创建多功能涂层。如图2B，最近关于载有姜黄素和银纳米粒子（AgNPs）的果胶/明胶基薄膜的研究发现，它们可以有效抑制细菌生长，并pH响应的颜色变化，使其适用于监测包装食品（如虾）的新鲜度。

图2 （A）制备RNA-蛋白质复合物的示意图；RNA-蛋白质复合物的冷冻透射电镜（Cryo-TEM）；涂有对照和嵌入RNA-蛋白质复合物的壳聚糖可食用涂层草莓（储存于22 °C）的总酚含量、总抗氧化能力和外观变化（经ACS出版物版权许可转载）；（B）姜黄素和负载银纳米粒子的抗菌多功能果胶/明胶膜的相互作用；复合膜DPPH、ABTS自由基清除活性和膜形成溶液的抗菌率；包装虾后膜的明显颜色变化在25 °C下储存5 d前比较

纳米系统在可食用涂层中的整合方法

高压均质是生产用于可食用涂层纳米乳液的常用方法，能够确保纳米颗粒的均匀分散。这些方法生产纳米级结构方面非常有效，但通常涉及苛刻的化学品、高温或昂贵的设备，这可能并不适用于食品级涂层应用。相比之下，绿色合成可持续的选项，通过使用来自植物提取物、微生物和酶等生物来源的天然还原和稳定剂，因其环保性质和与食品安全标准的兼容性而受到重视。植物化学物质如酚类、黄酮类和萜烯类已被证明在生成和稳定具有显著性能的纳米颗粒方面非常。例如，通过将亚硒酸钠溶液与肉桂树皮提取物以及来自虾废物的纳米壳聚糖混合，在室温下避光孵育数小时，合成了硒纳米颗粒（Se-NPs）。这种环保方法制备了具有强抗菌性能的纳米复合材料可食用涂层，对源性病原体如大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌具有很强的抗菌作用，导致细菌细胞溶解。同样，通过生物还原方法使用植物提取物还原剂绿色合成的AgNPs已被整合到可食用涂层中，用于其在水果和蔬菜保鲜中的潜力。这种绿色合成方法在保持高功能性的同时，最大限度地减少了环境影响。该过程本质上是避免使用有毒溶剂和合成稳定剂使其具有环保、经济高效的特点，并且适用于直接接触食品的材料。绿色合成不仅有助于可持续材料的发展，而且为将多功能纳米颗粒整合到可食用涂料中创造了机会。然而，纳米粒子在可食用涂层中的直接使用仍在监管审查之下。特别是，银纳米粒子（AgNPs）目前尚未获得美国食品和药物（FDA）或欧洲食品安全局（EFSA）的批准，不能直接用于食品接触应用，并且它们在可食用涂层中的使用被认为是实验性的，有待进一步理学评估和安全评估。继续探索各种天然来源，如海洋藻类和农业副产品，可以进一步推动这一领域的发展，创造出既符合环境要求又符合需求的涂层。

04

放大制造、监管状态和商业化的挑战

近年来，纳米复合可食用膜的开发及其潜在的实际应用引起了极大的兴趣。然而，这些纳米复合可食用膜大多仍在实验室规模上生产，它们能够被食品工业广泛采用之前，还有几个挑战需要克服。

扩大生产规模

扩大纳米复合可食用膜生产规模面临的最大挑战之一是从实验室规模生产向大规模制造过渡的困难。可食用通常涉及胶凝、涂布和干燥过程。目前的生产方法，如浇铸和电纺，由于薄膜尺寸、干燥时间和厚度控制方面的限制，不容易转移到大规模。一个关键障碍是实验室规模生产中使用的缓慢干燥过程，这对于商业生产来说效率低下。已经探索了快速干燥技术，如微波、真空红外干燥，这些技术表明可以显著减少干燥时间，同时保持薄膜质量。为了工业应用，进一步优化干燥速率和方法是必要的。此外，为了这些挑战，需要开发连续薄膜制造过程，这些过程可以减少生产时间并提高可扩展性。像薄膜涂布这样的技术，涉及将薄膜成形溶液涂在移动的支撑物上，并使用对流或红外热进行干燥，已经显示出在批量生产中的潜力。薄膜涂布主要优点是它可以与现有的工业设备很好地集成，从而可能降低扩大规模的成本和复杂性。此外，可喷涂和浸涂薄膜等应用技术的进步，以及精细层的电纺，为可扩展性的进一步改进提供了机会。最终，开发高效、可扩展的生产方法并整合先进技术是纳米复合可食用膜成为大规模食品保存的商业可行解决方案的关键。

监管挑战

可食性涂层商业化，特别是那些含有活性成分或纳米复合成分的可食性涂层，面临的主要之一是其在食品产品中的使用规定。在欧盟和美国，食品产品和包装中使用活性剂和纳米材料都有严格的法规。在美国，FDA根据《食品添加剂修正》对可食性涂层进行监管，该修正案要求任何添加剂或活性成分，包括抗菌剂，必须被普遍认为安全（GRAS）或获得FDA[95]。这些可食性涂层受21 CFR第170部分监管，该部分概述了食品添加剂的安全性、测试和标签标准。在欧盟，如果纳米材料被用作成分，根据258/97法规，它被视为“新型食品”，必须经过额外的安全评估才能批准用于食品产品。即使一种成分在其大量形式中获得批准，其纳米形式也需要单独评估，因为行为、毒性和生物相互作用存在差异，在将其推向市场之前，必须将其评估为新材料。在欧盟，450/2009号法规要求任何有意掺入食品包装或涂层中的活性剂，可能会将物质释放到食品中，必须经过彻底的安全评估。这些评估确保物质在消费时是安全的，并符合监管标准此外，根据欧盟法规1935/2004号，可食性涂层被归类为食品接触材料，不得向食品中释放有害。活性成分，如抗菌剂，必须符合特定的迁移限量（SML）并经过全面的安全评估。这些法规对于食品安全，但也由于广泛的的安全评估和批准，给商业化和大规模生产带来了挑战。

市场需求和消费者接受度

尽管面临监管挑战，但对可持续和环保包装解决方案的市场需求仍然明显且不断增长。消费者正变得越来越环保，越来越选择对环境影响最小的产品。这种需求正在推动可生物降解和可食用涂层市场的发展，全球可食用膜和涂层市场预计2024年的33.2亿美元增长到2029年的47.9亿美元。这种增长是由关注可持续性的消费者和减少碳足迹和减少对一次性塑料依赖的行业的兴起推动的。Tate & Lyle, DSM, Cargill, Ingredion和DuPont等主要公司投资开发可食用涂层，这表明了这一市场的商业潜力。然而，消费者接受度仍然是可食用涂层广泛采用的关键因素。虽然可食用膜被认为与食品一起消费是安全的，但许多消费者对其安全性和可消化性持谨慎态度。关于可食用膜的生物降解性和可食用性的研究仍然有限，消费者寻求有关其所覆盖食品的消化率，安全性以及对营养价值和感官特性的影响的保证。膜的成分，包括膜形成材料、增塑剂、添加剂和精油，在这些因素中起着重要作用。例如，对涂有1%壳聚糖的草莓进行感官评估显示，涂层保持了视觉吸引力和口感，但向涂层中维生素E导致出现蜡白色外观，这对消费者评价产生了负面影响。虽然精油通常用于抗菌目的，但在低浓度下被认为是安全的，但过高可能会带来健康风险，包括过敏反应和毒性。因此，对这些涂层的安全性和生物降解性进行全面研究，对于确保消费者的信心至关重要。除了安全性和功能性外，食用膜的外观和特性在消费者接受度方面也起着重要作用。通过提高涂层的性能并解决消费者的关注点，食用膜市场有潜力快速增长，并为食品工业做出重大贡献

05

Conclusion and Perspective

可食性涂层通过延长保质期、提高食品安全性和减少浪费提供了一种可持续的食品保存方法。它们的功能来源于生物源，如蛋白质、多糖和脂质，为合成包装提供了环保的替代方案。纳米技术的最新进展，包括纳米乳液和纳米颗粒，进一步增强了这些涂机械、光学和抗菌性能。研究越来越关注优化这些纳米材料与食品产品的相互作用，以创造出能够响应环境刺激的多功能涂层，从而提高食品的保存安全性。尽管取得了这些进展，但关键挑战仍然存在，尤其是在生产可扩展性、监管批准和消费者认知方面。解决这些问题需要继续努力开发安全、经济高效消费者友好的材料。未来的研究应侧重于扩展纳米系统的绿色合成技术，并开发结合多种功能性的复合涂层，以符合可持续实践和消费者安全标准。创新对于实现食品行业中可食性涂层的商业潜力至关重要。

Emerging strategies for food preservation: recent advances and challenges in nanotechnology for edible coatings

Xinhao Wang1, Yi Wang1, Honglin Zhu1, Sunni Chen1, Jingyi Xue1, Cangliang Shen2, Zhenlei Xiao1, Yangchao Luo1*

1 Department of Nutritional Sciences, University of Connecticut, Storrs, 06269, USA

2 School of Agriculture and Food Systems, West Virginia University, Morgantown, 26506, USA

*Corresponding author.

Abstract

Edible coatings have gained increasing attention in recent years as a sustainable and multifunctional approach for improving food preservation. Developed from food-grade biopolymers such as proteins, polysaccharides, and lipids, these coatings offer benefits not only in physical protection but also in reducing microbial spoilage through the inclusion of natural antioxidants and antimicrobial agents. Recent work has focused on enhancing these coatings with nanotechnology, which enables the precise encapsulation and controlled release of active compounds. In this context, nanoscale systems including nanoemulsions, nanoparticles, and nanocomposites, enhance barrier, mechanical, and optical properties while maintaining transparency and sensory appeal. Advances in green synthesis methods further support the development of eco-friendly nanomaterials, reinforcing the potential of edible coatings as a commercially viable solution. Nevertheless, challenges remain in scaling up production and navigating regulatory approval processes for nanomaterials. Consumer acceptance also relies on ensuring the safety, digestibility, and minimal sensory impact of coatings. This review summarizes recent advances in formulation, functional enhancement through nanotechnology, green synthesis, and commercialization challenges, offering a comprehensive outlook on the future potential of edible coatings in food packaging and preservation.

Reference:

Wang, X., Wang, Y., Zhu, H. et al. Emerging strategies for food preservation: recent advances and challenges in nanotechnology for edible coatings. Agric. Prod. Process. Sto. 1, 13 (2025). https://doi.org/10.1007/s44462-025-00015-7

翻译：罗敬（实习）

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片来源：图虫创意

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