《Food Packaging and Shelf Life》：Advances in PLA/PBAT-based blend film in food packaging applications: A review
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生物可降解材料PLA和PBAT的复合薄膜在食品包装中的应用研究综述。摘要：本文系统评述了PLA/PBAT复合薄膜在材料特性、制备工艺、功能化改性及实际应用中的最新进展，分析了其机械性能、阻隔性及降解行为，探讨了纳米填料、相容剂和活性添加剂的协同优化策略，并总结了规模化生产、成本效益及环境安全性的现存挑战。分隔符：
Somraj Patil|Rekha Chawla|Carolina Krebs de Souza|Parya Ezati|Pratap Kalita|Swarup Roy
印度孟买马通加化学技术研究所化学工程系，邮编400019
摘要
人们对可生物降解塑料的兴趣日益增长，其中聚乳酸（PLA）和聚（丁酸-对苯二甲酸乙二醇酯）（PBAT）受到了广泛关注。PLA和PBAT都属于聚酯类聚合物，在包装领域通常被称为生物塑料。PLA具有良好的机械强度，而PBAT则具有较高的柔韧性。PLA基薄膜的柔韧性较低，而PBAT的强度不足；因此，将PLA与PBAT混合使用可以克服各自的局限性。此外，添加功能性填料、添加剂和生物活性成分有助于进一步提升包装薄膜的物理和性能。PLA/PBAT混合薄膜可以有效延长新鲜食品和加工食品的保质期。本文综述了基于PLA和PBAT的功能性复合薄膜在食品包装应用方面的最新进展，并探讨了它们在可持续包装发展中的重要性。在简要介绍PLA/PBAT混合薄膜的制备方法后，详细描述了其关键性能，并讨论了其在实时食品保鲜中的应用。最后，还分析了PLA/PBAT作为非生物降解包装替代品在实现可持续包装方面所面临的挑战。
引言
由于合成塑料的过度使用和不当处理对环境造成的负面影响，人们开始投资开发、改进和推广可生物降解材料，尤其是用于食品包装的材料（Zhao等人，2023年）。虽然合成塑料具有优异的机械强度和阻隔性能，且成本效益较高，但它们难以在环境中分解，可能需要数百年才能降解，从而对全球生态环境、生物多样性和人类健康构成潜在威胁（Mahmoud等人，2023年）。为应对这些挑战，监管机构、科研团队和相关产业部门共同努力，研发出具有类似合成塑料特性但环境影响较小的可持续替代材料。适合食品包装的材料必须能够容纳产品、保护产品，并按照现行法规印制相关信息。用于食品包装的材料必须满足耐久性、安全性、环境影响和功能性的严格要求（Turan等人，2024年；Priyadarshi等人，2024年）。在这些替代材料中，生物塑料或可持续可生物降解聚合物尤为突出，因为它们碳足迹较低、可再生，并且在适当条件下能自然降解。聚乳酸（PLA）和聚（丁酸-对苯二甲酸乙二醇酯）（PBAT）是研究最多的用于包装的可生物降解聚合物，旨在减少对传统塑料的依赖（da Silva Pens等人，2024年）。PLA由甜菜、玉米淀粉、土豆或甘蔗等可再生资源制成，具有透明性、良好的加工性能和较高的机械强度，适合挤出、热成型和注塑等多种加工工艺。然而，其热稳定性较低，对水蒸气和氧气的阻隔性能较差，且易碎，这些缺点限制了其应用范围（Murariu & Dubois，2016年）。
PBAT这种合成聚合物具有出色的柔韧性、抗冲击性和在工业堆肥系统中的生物降解能力。由于其分子结构包含烷基和芳香基团，使其适用于需要高延展性的材料（如袋子和薄膜），具有良好的加工性和韧性。但与聚乙烯或聚丙烯等合成聚合物相比，PBAT的成本较高，透明度较低，气体阻隔性能较差，机械强度（拉伸强度和硬度）也较低（Itabana等人，2024年）。表1总结了PLA和PBAT的互补特性以及将这两种聚合物混合用于食品包装的动机。
研究表明，将PLA与PBAT混合可以创造出兼具两种聚合物优点的材料，同时克服各自的缺点。在可持续包装领域，基于PLA/PBAT的薄膜组合是一种明智的选择（Roy等人，2024年；Aversa等人，2022年；Silva等人，2024年）。这些聚合物可通过定制具备特定的化学、物理化学、机械和阻隔性能，符合循环经济原则（D’Almeida & de Albuquerque，2024年）。通过调整PLA和PBAT的比例，可以优化薄膜的性能，如柔韧性、热阻隔性、断裂伸长率和降解速率，从而适应各种食品包装需求。此外，改进增塑剂、相容剂、纳米填料和表面改性技术可进一步提升PLA/PBAT薄膜的性能，增加其应用范围、制造潜力和商业化可能性（Aversa等人，2022年）。
尽管PLA/PBAT薄膜具有可持续性潜力，但由于两种聚合物之间的相容性差，导致相分离和性能下降，限制了其广泛应用。高昂的成本、工业化生产的困难以及监管障碍也阻碍了其普及（Silva等人，2024年）。研究人员正在探索纳米电荷修饰、反应性相容化和先进加工技术等策略来克服这些限制，但这些技术仍需在工业上实现可行性和平衡材料的环境影响（Liu & Dou，2024年）。
通过对最近关于PLA/PBAT薄膜的文献进行综合分析，我们可以了解这些材料的最新研究成果，评估其在可生物降解包装中的潜在应用。本研究基于Scopus、Web of Science和Science Direct等数据库中的同行评审科学文献。筛选标准包括“PLA/PBAT复合材料”、“聚合物混合物”、“可生物降解包装”和“食品包装薄膜”等关键词，重点关注过去10年发表的相关研究。选择的研究基于其科学价值、实验重点以及对PLA/PBAT薄膜开发应用的贡献。通过对这些信息进行批判性分析和综合，揭示了当前趋势、技术进展、挑战和未来研究方向。
本文旨在总结传统包装材料的主要特点和局限性，阐述向生物聚合物替代品转型的原因；阐明PLA/PBAT混合物的基本原理、加工方法和性能优化策略；并评估其在食品保鲜中的应用效果，包括延长保质期、保持食品质量和减少环境影响。同时，指出现制约这些材料商业应用的主要障碍，并探讨科学发展和未来技术创新的方向。
包装材料简介
包装是一种基本结构，确保食品在生产、运输和消费过程中的质量。其初衷是保护产品免受物理、化学和生物因素的损害，从而延长保质期（Siciliano等人，2024年）。
基于PLA/PBAT的包装薄膜
生物基塑料使用可再生原料，在生长过程中吸收二氧化碳，有助于降低碳排放。由于其环保性和适应性，PLA成为研究最广泛、应用最广泛的生物基聚酯之一（Naser等人，2021年）。PLA的硬度和强度可与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等传统石油基塑料相媲美，但其脆性和耐热性较低。PLA/PBAT薄膜在食品保鲜中的机制与应用
面对传统塑料污染和食品变质带来的环境和经济压力，PLA和PBAT作为可生物降解和可堆肥的聚合物应运而生（Qiu等人，2021年）。这些材料因其能分解为天然化合物而成为传统石油基塑料的理想替代品。PLA由甘蔗、木薯和玉米淀粉等可再生资源制成，具有环保优势。PLA/PBAT薄膜的性能、风险及商业可行性
传统石油基聚合物得益于多年的全球基础设施和规模经济，初始成本较低。然而，PLA和PBAT的生产成本较高，这主要是由于复杂的聚合过程和农业原料成本所致。随着行业的发展，这一价格差距有望缩小。预计PLA/PBAT混合物将更具竞争力。未来展望与挑战
PLA/PBAT薄膜的未来发展方向是将这些材料从被动容器转变为智能多功能系统，推动循环经济的实现。其中一个方向是引入智能功能，例如嵌入pH值或新鲜度指示化合物（如姜黄素），通过颜色变化实时提醒消费者食品变质情况。为实现对这些功能的精确控制，正在利用纳米技术进行创新。结论
PLA/PBAT薄膜不仅具有简单的阻隔功能，还能通过添加活性成分（如精油、天然提取物和纳米颗粒）有效抑制微生物生长和氧化降解，显著延长食品保质期。案例研究表明，这类薄膜在肉类和海鲜（如鱼粉、虾、鸡肉、猪肉和加工肉类）以及新鲜农产品（如樱桃）的保鲜方面取得了显著进展。作者贡献声明
Somraj Patil：撰写初稿、软件开发、数据分析、正式分析。
Rekha Chawla：撰写初稿、方法设计、数据分析、正式分析。
Carolina Krebs de Souza：撰写初稿、软件开发、数据分析、正式分析。
Parya Ezati：撰写初稿、数据收集。
Pratap Kalita：撰写初稿、数据可视化、项目监督。
Swarup Roy：审稿与编辑、撰写最终版本。
资金情况
本文未接受任何资助。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。
致谢
Carolina Krebs de Souza感谢巴西国家科学技术发展委员会（CNPq编号302867/2023–6）和巴西科技创新通信部（MCTIC）的支持。同时，她也要感谢All4Labels Global Packaging Group对布卢梅瑙大学食品包装材料研究项目的资助。
