综述：聚乳酸（PLA）基可持续食品包装的最新进展：综述

《Applied Food Research》：Recent Advances in Polylactic Acid (PLA)- Based Sustainable Food Packaging: A Comprehensive Review

　　Sakshi Jasrotia|Sonali Gupta|Yashoda Malgar Puttaiahgowda|Anna Baborski
印度卡纳塔克邦曼尼帕尔，曼尼帕尔高等教育学院曼尼帕尔理工学院 - 576104

**摘要**
微生物污染仍然是一个关键问题，它导致食物变质、安全隐患以及大量的全球食物损失。为应对日益严重的环境和健康问题，包装行业正在从使用石油衍生塑料转向采用具有主动保护功能的生物降解材料。其中，聚乳酸（PLA）因其可再生性和可组合性而成为一种突出的生物聚合物；然而，其固有的脆弱性、有限的热稳定性和较差的防潮性能继续限制了其商业可行性。本文概述了最近利用生物活性纳米填料（如壳聚糖、银、氧化锌和精油）制备的多功能PLA基纳米复合材料的进展，这些纳米填料实现了抗菌性、机械性能、阻隔性能和热性能的协同提升。文章详细分析了潜在的抗菌机制，包括活性氧（ROS）生成、细胞膜破坏和静电相互作用，以阐明结构-功能关系。同时讨论了静电纺丝、反应挤出和溶剂浇铸等新兴制造策略，从其精度、可扩展性和表面生物活性调控潜力方面进行了评估。此外，还强调了智能传感和响应功能的集成在主动包装领域的应用前景。尽管在延长易腐食品保质期方面取得了显著进展，但纳米粒子迁移、毒理学安全性、法规合规性和工业可扩展性等问题仍然存在。未来的研究应重点关注环保型纳米粒子合成、体内抗菌效果验证以及全面的生命周期评估，以实现下一代PLA纳米复合包装的商业化应用。

**1. 引言**
尽管全球讨论的重点是塑料污染，但包装效率低下这一问题实际上损害了食物的营养稳定性、微生物安全性和感官品质。每年大约有13亿吨食物因供应链效率低下或包装缺陷而被损失或浪费。现代包装系统（包括合成聚合物、纤维素基材料和可持续替代品）往往存在关键缺陷，导致食品质量通过生化、微生物学和物理化学途径恶化（González-López等人，2023年）。传统上，包装被视为保护食物免受现代商业分销风险的重要手段，但现在它已成为供应链中的一个脆弱环节（Alamri等人，2021年）。例如，脂溶性维生素（如生育酚、视黄醛）和酚类抗氧化剂在包装打开前会因屏障性能不佳和气体渗透动力学而加速氧化（Bao和Pignitter，2023年）；乳制品中的活益生菌数量（如乳酸菌属和双歧杆菌属）会因水分侵入、pH值不稳定或氧气扩散而减少，从而失去预期的功能效果（Vinderola等人，2011年）。在咖啡、茶和香料等易挥发香气的产品中，挥发性有机化合物（VOCs）会通过吸附作用进入聚合物或纤维素基包装材料中，这一过程称为“香气流失”（You和O’Keefe，2018年）。气相色谱-质谱（GC-MS）分析显示，高达45-50%的关键风味成分（如萜烯和吡嗪）可能被包装材料不可逆地吸附，严重削弱了食用前的感官体验（Liang等人，2020年）。坚果和腌肉等对氧气和水分敏感的食物由于传统及许多新兴可持续包装薄膜的屏障性能不足，在标示的保质期之前就会加速降解和失去新鲜度（Cichello，2015年）。因此，尽管可降解、生物基或可堆肥的包装选项具有环境优势，但它们经常需要在功能性能上做出妥协，表现为结构失效（如开裂和分层）以及未充分表征的化学物质迁移到食物中的风险（Hussain等人，2024年）。

由于可再生原料和先进的生命终结管理策略，可降解聚合物作为传统塑料的可持续替代品在食品包装中引起了广泛关注（Cheng等人，2024年）。用于可持续包装的常见可降解聚合物包括聚乳酸（PLA）、聚羟基烷酸酯（PHA）、聚丁酸丁二醇酯（PBS）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚己内酯（PCL）和淀粉基复合材料。这些材料具有不同的原料来源、物理化学特性和生物降解动力学，可用于满足各种包装需求（Ikedionu等人，2024年）。PLA是一种领先的生物基聚酯，通过微生物发酵玉米、甘蔗和木薯等可再生资源产生的乳酸聚合而成（Dusselier等人，2015年）。其结构由重复的乳酸单元组成，L-异构体与D-异构体的比例对其结晶度、降解行为和机械性能至关重要。这种分子可调性使得可以设计出满足特定包装要求的PLA基材料，使其成为最通用的可持续食品包装生物塑料之一（Saeidlou等人，2012年；Pens等人，2024年）。PLA具有较高的拉伸强度和刚性，机械性能与聚苯乙烯相当，其光学透明度使其适合透明包装（Liu等人，2025年；Green和Kunnemann，2006年）。其生物相容性和FDA“普遍认为安全”（GRAS）状态进一步支持其在食品接触应用中的广泛使用（Conn等人，1995年）。对可堆肥替代品的需求增加推动了PLA基包装材料的全球采用。然而，PLA的应用仍受其固有脆弱性、较低的热稳定性和较差的氧和防潮性能的限制（Murariu和Dubois，2016年；Marano等人，2022年）。为解决这些固有限制，人们系统地探索了多种改性策略，如增塑以提高柔韧性、共聚以调整物理化学性质以及加入纳米级增强剂。特别是PLA基纳米复合材料的开发显著提高了其机械强度、热稳定性和整体功能性能，从而拓展了其在高性能食品包装系统中的应用（Dash和Swain，2013年）。最近的PLA纳米复合材料进展实现了具有紫外线防护、自愈合能力、抗菌和抗氧化功能以及实时腐败指示功能的智能和主动包装系统（Vanderroost等人，2014年；Thakur和Kessler，2015年）。添加农业废弃物衍生的填料和可降解嵌入式传感器符合循环经济原则，为下一代食品包装提供了可持续路径。然而，多功能特性的集成仍有限，且尚未探索通过熔融挤出、滚压涂层或其他工业相关技术的可扩展制造方法。纳米粒子迁移和安全性问题仍不明确，工业堆肥和可回收性评估也缺乏数据，这在该领域留下了可持续性和法规方面的不确定性。此外，真实食品验证和用于实时微生物检测的多功能传感器集成也尚未实现。解决这些差距对于推进PLA纳米复合包装向安全、可持续和工业可行的应用发展至关重要。

本文独特地结合了多功能PLA基纳米复合材料在可持续食品包装方面的最新进展，涵盖了材料设计、抗菌机制和新兴智能功能。与以往仅关注材料性能或生物降解性的研究不同，本文提供了生物活性纳米填料相互作用、结构-功能关系以及静电纺丝、熔融挤出和溶剂浇铸等可扩展制造策略的全面分析。它还强调了智能传感和响应系统在实时微生物检测方面的前沿集成，这是以往综述中较少涉及的内容。通过结合功能、环境和安全方面的视角，本文为下一代PLA纳米复合包装的工业化应用提供了全面的路线图，符合循环经济原则。

**2. PLA的结构和化学特性**
聚乳酸（PLA）是一种来自可再生生物质来源（如玉米、甘蔗和木薯）的可降解热塑性聚酯，可作为石油基包装聚合物的可持续替代品。它通过微生物发酵产生光学纯度的乳酸，随后纯化并转化为乳酸内酯（一种环状二酯中间体），从而形成聚合物。聚合主要通过乳酸内酯在约180-220°C下的催化开环聚合实现，通常使用辛酸亚锡作为催化剂以提高效率并限制外消旋（图1）。生成的线性链具有可控的立体化学结构和结晶度，决定了其关键物理化学性质，包括55-65°C的玻璃化转变温度、130-170°C的熔点以及高达50 MPa的拉伸强度，支持透明度和刚性，适用于食品接触应用。其固有的脆弱性、中等的热稳定性和有限的防潮性能限制了其更广泛的工业应用，因此人们正在研究共聚、混合、增塑和纳米复合材料工程来调节结晶度、链移动性和界面相互作用。添加低浓度的无机或生物衍生纳米填料可以在保持工业堆肥可降解性的同时提升机械、热和气体阻隔性能。在控制聚合、立体复合结构和多功能纳米复合材料方面的持续进步对于实现高性能、商业可行的PLA食品包装系统至关重要（Reshma等人，2024年）。

**表1**
| 性质 | PLA | PBS | PBAT | PCLA | 淀粉基复合材料 |
|--------------|--------|--------|--------|---------------------|
| 可降解性 | 完全可降解&可堆肥 | 可在工业堆肥中降解 | 可降解&可堆肥 | 可降解 |
| 机械性能 | 良好的拉伸强度，中等柔韧性，脆弱 | 良好的机械强度和柔韧性，热稳定 | 柔韧，比PBS更坚韧，但拉伸强度较低 | 可变，通常脆弱，但可通过混合/填料改善 |
| 热性能 | 熔点160-180°C，热塑性 | 熔点90-120°C，良好的热加工性 | 熔点110-130°C，中等热稳定性 | 熔点56-65°C，低热稳定性 |
| 阻隔性能 | 良好的气体（O2、CO2）和防潮屏障 | 良好的水蒸气和气体屏障 | 中等气体屏障，添加纳米填料后可增强 | 良好的水蒸气屏障，较差的气体屏障 |
| 加工方法 | 挤出、注塑薄膜吹制 | 薄膜吹制、层压和挤出 | 薄膜浇铸、挤出、涂层 | 溶液浇铸挤出 |
| 典型食品包装用途 | 刚性和柔性包装，生产袋子、食品服务器具 | 用于食品包装的薄膜、层压托盘 | 可堆肥薄膜、袋子及一次性餐具 | 主动包装涂层、薄膜 |
| 特殊特性 | 生物相容性、压电性、抗菌改性 | 易混合、良好的加工性和环保性 | 极高的柔韧性、可打印、可与PLA混合 | 高度灵活、生物相容性可调 |

**3. PLA基纳米复合薄膜的合成：技术和进展**
PLA基纳米复合薄膜的合成在控制纳米填料分散、界面相互作用和聚合物结晶度方面起着关键作用，从而影响食品包装材料的功能性能。已经开发出多种制造技术来调整机械柔韧性、阻隔效率和生物活性功能，同时解决可扩展性和环境可持续性相关的问题（图2）。本节概述了PLA基纳米复合材料的主要合成策略，强调了它们的实际优势、固有局限性和在先进食品包装应用中的适用性。

**图2. PLA及其各种加工方法的特性**
熔融挤出特别适合连续生产，因此适用于大规模生产包含纳米粘土、纤维素纳米晶体和石墨烯基填料的PLA纳米复合薄膜（Bikiaris等人，2023年）。溶液基制造方法（如溶液浇铸）主要用于实验室规模制备含有ZnO、SiO2和精油等功能添加剂的均匀薄膜。这些方法特别适用于评估抗菌性能、拉伸增强和光学透明度；然而，溶剂回收需求和有限的可扩展性仍是一个显著缺点。基于纤维的技术（如静电纺丝和溶液吹制）通过产生超高表面积比的超细纤维结构，进一步扩展了PLA的功能范围，实现了活性剂的有效封装和控制释放（Nikoli，2024年）。先进的改性策略（如超临界CO2发泡和涂层或逐层组装）分别实现了多孔结构和表面特异性功能化。超临界CO2发泡有助于活性化合物的持续释放，并提高了热和机械性能，而涂层方法则改善了气体和油阻隔性能，同时保持了PLA薄膜的整体机械完整性（Peng等人，2022年）。表2总结了PLA纳米复合薄膜的主要制造工艺、添加剂及其相应的性能提升。

**表2. PLA纳米复合薄膜的制造方法、添加剂和性能提升**

| 制造方法 | 添加剂 | 性能提升 | 参考文献 |
|---------------|--------------------------------|--------------------------------------|---------------|
| 熔融混合与压缩成型 | SiCO纳米粒子、各种无机纳米填料 | 改善机械/热性能，提高分散性，降低脆性，更好的阻隔性能 | (Mahovi? Polja?ek et al., 2022) |
| 溶液浇铸 | ZnO纳米粒子、SiO2、精油 | 提高强度，抗菌活性，热稳定性，均匀薄膜 | (Maity et al., 2023, Sanches et al., 2024) |
| 熔融挤出 | 纳米粘土、纤维素纳米晶体（CNC）、还原氧化石墨烯（rGO） | 可规模化生产，均匀分散，提高结晶度，增强密封性 | (Oliver-Ortega et al., 2021) |
| 电纺 | 碳纳米管、壳聚糖、精油、AgNPs、纳米纤维素 | 超细纤维，增加表面积，改善机械/阻隔性能，封装活性物质 | (Das et al., 2023, Salama et al., 2021, Di Matteo et al., 2025) |
| 溶液吹丝（SBS） | 壳聚糖、纤维素纳米晶体、天然提取物 | 可规模化纳米纤维生产，提高阻隔、过滤和抗菌性能 | (Dadol et al., 2020) |
| 超临界CO2发泡 | 卡瓦醇、纳米粘土、联吡啶共结晶 | 多孔结构，持续释放活性物质，改善机械/热性能 | (Xu and Huang, 2014, Villamil Jiménez et al., 2020, Keshtkar et al., 2014) |
| 涂层与逐层组装 | PLA/ZnO、壳聚糖、CMC、精油 | 提高气体/油阻隔性能，抗菌表面，增强耐用性 | (Noshirvani et al., 2017) |

**4. 基于PLA的包装薄膜的功能性能**

基于PLA的包装薄膜的功能性能决定了它们在食品保鲜、延长保质期和加工适应性方面的适用性。虽然纯PLA具有高刚性、透明度和良好的氧气阻隔性能，但其脆性、吸湿性和有限的密封能力需要对其进行改性。本节通过与传统包装聚合物的定量比较，系统评估了基于PLA的纳米复合薄膜的机械性能、阻隔性能、热性能、抗菌性能、光学性能、密封性能和使用寿命性能。

**4.1. 机械性能**

机械韧性是食品包装薄膜的重要性能指标，使其能够承受加工、搬运、运输和储存过程中遇到的各种机械应力，同时保持结构完整性和确保食品安全。PLA的抗拉强度为50-70 MPa，杨氏模量为2-3 GPa，与PET相当，但显著高于LDPE和PBAT等柔性聚合物。然而，其断裂延伸率通常低于10%，限制了其抗变形能力。为了解决这一限制，广泛采用了聚合物共混、塑化和纳米填料增强等方法来提高延展性，同时保持足够的机械强度。

**表3. 基于PLA的食品包装系统的机械性能比较**

| PLA改性策略 | 抗拉强度（MPa） | 断裂延伸率（%） | 主要优势 | 主要权衡 | 参考文献 |
|------------|------------|-------------|-----------------|-------------------|
| 纯PLA | 54-75 MPa | 7-10% | 高刚性和强度 | Wu et al., 2023 |
| PLA+增塑剂（如萜类增塑剂） | 15-57 MPa | 延展性提高（增塑剂作用） | 增塑剂显著增加链流动性和延伸率 | Gomez-Caturla et al., 2024 |
| PLA/PBAT非共混 | 14-42 MPa | 非常高（取决于组成，可达>200%） | 相对于纯PLA，柔韧性显著提高 | Jakab and Lendvai, 2025 |
| PLA/PBAT+相容剂（如Joncryl） | 40-102 MPa | 延伸率大幅提升（可达>500%） | 最佳的强度-延展性平衡 | Heidari and Garmabi, 2026 |
| PLA+纳米填料（CNTs） | 64-72 MPa | 25-50% | 与纯PLA相比，延展性提高 | Younus et al., 2023 |

**4.2. 阻隔性能**

阻隔性能通过调节氧气和水蒸气的传输来影响食品的保质期。PLA表现出优异的氧气阻隔性能，氧气透过率（OTR）为50-100 cm3·m?2·day?1·atm?1，优于PBAT和低密度聚乙烯（LDPE），使其适用于对氧气敏感的食品；然而，其高水蒸气透过率（WVTR）为300-500 g·m?2·day?1，限制了其在潮湿环境中的使用。通常通过将PLA与疏水基团共混以及加入高长径比纳米填料（如纳米粘土和氧化石墨烯）来提高阻隔性能，这些填料会形成复杂的扩散路径，显著减缓气体和蒸汽的渗透。多层结构和涂层结构进一步提高了阻隔效率；尽管乙烯-乙烯醇（EVOH）共聚物仍是 moisture 阻隔应用的标杆，但基于PLA的多层系统提供了出色的氧气阻隔性和适度的 moisture 阻隔性，适合对氧气敏感的食品包装。

**表4. 基于PLA的食品包装系统的阻隔性能比较**

| 改性策略 | OTR（cm3·m?2·day?1·atm?1） | WVTR（g·m?2·day?1） | 主要优势 | 主要权衡 | 参考文献 |
|-------------|-----------------|-----------------|-----------------|-------------------|
| 纯PLA | 50-100 | 300-500 | 良好的氧气阻隔 | （PLA Review Paper） |
| PLA+增塑剂 | 80-150 | 400-600 | 延善柔韧性 | Han Lyn et al., 2024 |
| PLA/PBAT混合物 | 100-200 | 250-400 | 比纯PLA更好的防潮性能 | Rajendran et al., 2024 |
| PLA+纳米粘土/GO | 20-50 | 150-300 | 减少气体/蒸汽渗透 | Marano et al., 2022 |
| 多层PLA/EVOH/PLA | <10 | 5-20 | 优异的双重阻隔 | Gül, 2025 |

**4.3. 热性能**

热稳定性是决定PLA基薄膜是否适合涉及高温处理的加工和应用（如热封、热灌装和短期热暴露）的关键因素。纯PLA的 glass transition temperature （Tg）为55-65°C，熔点（Tm）为150-170°C，这些值显著高于PBAT等柔性生物降解聚合物（Tg ≈ -30°C；Tm ≈ 110-120°C），但不足以满足高温灭菌过程的要求。通过控制结晶度和分子结构可以显著提高热性能。聚（L-乳酸）和聚（D-乳酸）之间的立体复合形成高度有序的结晶域，使Tm提高约40-50°C；成核剂可加速结晶并提高热稳定性。此外，纳米填料的加入减少了聚合物链的流动性，延缓了热降解；例如，TiO2纳米粒子可使Tg提高4-6°C，并将降解起始温度推迟15-20°C。这些策略共同扩展了PLA的热加工窗口，使其能够用于中等温度的食品包装，同时保持生物降解性。

**表5. 纯PLA和改性PLA系统的热性能比较**

| 改性策略 | Tg（°C） | Tm（°C） | 热稳定性 | 主要限制 | 参考文献 |
|---------------|-------------|--------------|-------------------|-------------------|
| 纯PLA | 55-65 | 150-170 | 低热稳定性 | （PLA Review Paper） |
| 塑化PLA | 45-55 | 140-165 | 减少热稳定性 | Han Lyn et al., 2024 |
| PLA立体复合 | 60-70 | 190-230 | 提高热稳定性 | Marano et al., 2022 |
| PLA+无机纳米填料 | 58-68 | 155-175 | 增强热稳定性 | （Gül, 2025） |
| PLA/PBAT混合物 | 40-55 | 130-160 | 更宽的加工窗口 | Rajendran et al., 2024 |

**4.4. 抗菌和抗氧化性能**

PLA本身缺乏内在的抗菌和抗氧化活性，这限制了其在需要控制微生物生长和氧化降解的活性食品包装系统中的直接应用。为了解决这一问题，通常在PLA薄膜中添加抗菌剂（如金属纳米粒子（Ag和ZnO）、生物聚合物（如壳聚糖）和植物来源的生物活性化合物（包括精油和多酚）。含有Ag或ZnO纳米粒子的PLA薄膜显示出强烈的抗菌效果，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等常见病原体的抑制率超过99%，这归因于金属离子释放、活性氧生成和膜破坏的共同作用。壳聚糖的加入进一步增强了抗菌性能，特别是对革兰氏阳性细菌的效果，尽管其效果取决于在PLA基质中的分散性和可及性。同时，天然抗氧化剂（如肉桂醛和茶多酚）也被成功整合到PLA薄膜中，通过控释机制实现抗菌活性和抑制氧化变质。与更柔性的生物降解基材（如PBAT）相比，PLA通常表现出较慢的活性剂释放动力学，这可以在储存期间延长抗菌和抗氧化效果。这些功能化策略使PLA成为一种有效的活性包装材料，能够在保持生物降解性的同时提高食品安全和保质期。

**4.5. 光学密封性能**

光学透明度和可靠的密封能力是食品包装薄膜的关键性能要求，直接影响消费者接受度、产品保护和包装完整性。PLA具有高光学透明度，薄膜的可见光透射率通常约为90%，与PET相当，并优于许多生物降解替代品。这种高透明度使产品可见性极佳，这对于零售食品包装至关重要。功能性添加剂（如二氧化钛（TiO2）、氧化锌（ZnO）和天然多酚（如槲皮素）可以添加到PLA中，而不会严重影响透明度，同时提供有效的紫外线屏蔽能力。这些填料可以阻挡超过95-99%的有害紫外线辐射，从而保护对光敏感的食品免受光氧化降解，并延长保质期。然而，PLA由于其脆性和狭窄的热封温度窗口，在密封能力方面存在固有的限制。传统PLA薄膜通常需要在150-180°C的温度下进行密封，且热封强度相对较低（1-2.5 lb/in），因此在加工过程中需要精确的温度控制。使用无定形PLA等级可以将密封激活温度显著降低到约80°C，从而实现更节能的密封和更好的界面粘合。聚合物共混策略（特别是与EVA、PBAT和PHA等弹性或柔性聚合物的共混）进一步增强了密封强度、延展性和对加工变化的耐受性，同时拓宽了有效的密封窗口。此外，纳米填料的加入（如ZnO或碳化硅氧化物纳米粒子）提高了密封界面的机械完整性、热稳定性和抗菌保护，这对存储和分销过程中的包装性能至关重要。尽管纯PLA的密封性能不如LDPE和EVA，但其光学透明度和可通过共混和纳米复合设计调节的密封能力使其成为可持续、高性能食品包装的理想候选材料。

**表6. 纯PLA和改性PLA系统的光学透明度、紫外线屏蔽性能和热封性能比较**

| 改性策略 | 光学透明度（%） | 紫外线屏蔽 | 密封强度（lb/in） | 密封温度（°C） | 参考文献 |
|------------------|--------------|-----------------|-----------------|-------------------|
| 纯PLA | 最高90 | 低 | 1-2.5 | 150-180 | （PLA Review Paper） |
| 无定形PLA | 最高85 | 低 | 2-3 | 130-160 | Rajendran et al., 2024 |
| PLA+紫外线屏蔽填料 | 75-85 | >95% | 2-3 | 130-160 | Rajendran et al., 2024 |
| PLA+纳米填料 | 80-90 | >95% | 2.5-4 | 120-150 | Marano et al., 2022 |
| PLA+柔韧性 | | +紫外线屏蔽 | | | |

**4.6. 可回收性和复合性**

与传统的石油基包装聚合物相比，PLA在报废后的处理方面具有优势；然而，其可回收性和堆肥性仍高度依赖于加工和废物管理条件。PLA的机械回收在技术上是可行的，但受再加工过程中的水解和热链断裂的限制，这会降低分子量和机械性能，通常需要与原生PLA或链延长剂共混来恢复性能。回收还受到PET等传统塑料污染的挑战，尽管先进的分类技术（包括近红外（NIR）光谱学）可以在PLA含量低于约1 wt%时减轻回收干扰。PLA在受控条件下（约58°C和高湿度）可以工业堆肥，通常在60-90天内完全降解；尽管根据结晶度、厚度和配方的不同，降解时间可长达180天。相比之下，在环境或海洋环境中的降解速度较慢，这凸显了专用工业堆肥基础设施的必要性。低纳米填料用量通常不会显著阻碍堆肥性，而与PBAT等柔性生物降解聚合物的共混可以提高延展性并加速堆肥过程，但会增加回收复杂性。PLA的碳足迹低于石油基塑料，并且在适当的收集和报废处理系统的支持下，是一种可持续的先进食品包装材料。

**表7. PLA与其他塑料的可回收性、复合性和密封性能比较**

| 聚合物类型 | 可回收性 | 堆肥性 | 环境影响 | 参考文献 |
|----------------|-------------|--------------|-----------------|-------------------|
| PLA | 有限（在58°C下60-90天） | 完全可堆肥（受控条件下） | 低碳足迹，可再生来源 | AZIZ et al., 2014 |
| 聚乙烯（PE） | 高（机械回收） | 不可堆肥 | 基于化石燃料，降解时间长 | Geissdoerfer et al., 2017 |
| 聚丙烯（PP） | 中等 | 不可堆肥 | 基于化石燃料，长期存在于环境中 | Venkatachalam et al., 2018 |
| PHA（聚羟基烷酸酯） | 有限 | 完全可生物降解 | 微生物来源，完全可生物降解 | Ahmad et al., 2008 |
| 淀粉基塑料 | 低 | 可堆肥 | 快速生物降解，基于农业废弃物 | Toldrà et al., 2019 |

**5. 基于PLA的食品包装的抗菌机制**

基于PLA的食品包装薄膜采用多种抗菌机制（图3）来抑制微生物生长并延长保质期。这些机制包括活性氧（O2?、H2O2、·OH）的产生、细胞干扰、静电相互作用、酶抑制、接触杀灭和膜破坏。加入光催化纳米粒子（TiO2、ZnO）可以增强活性氧的产生，提高抗菌效果。双重干扰通过AgNPs和精油干扰核酸合成和蛋白质功能，针对细胞壁和细胞内成分以最小化抗性。静电相互作用通过阳离子聚合物或季铵化合物增强，形成带正电的PLA表面，破坏微生物膜，导致细胞死亡。酶抑制通过抗菌剂（如有机酸和酚类）实现，它们破坏ATPase和脱氢酶，影响能量生产和细胞平衡。接触杀灭通过尖锐的纳米结构（如氧化石墨烯、碳纳米管）或抗菌肽实现，这些结构可以刺穿微生物膜。基于PLA的材料通过释放抗菌剂或使用壳聚糖等材料破坏微生物膜，从而破坏磷脂双层。这些协同机制共同增强了基于PLA的包装材料的抗菌效果，使其在食品保鲜方面具有高度功能性。基于PLA的产品所展示的各种抗菌机制的图解表示：(1)活性氧(ROS)，(2)双重干扰，(3)静电相互作用，(4)酶抑制，(5)接触杀菌，以及(6)细胞膜破坏。6. 基于PLA的薄膜在食品包装中的应用基于PLA的薄膜因其可生物降解性、生物相容性和对功能性添加剂的适应性而在食品包装中受到重视。本节探讨了这些薄膜根据其功能性和目标食品的应用。6.1. 新鲜产品的保存由于微生物繁殖和水分流失，草莓极易变质，导致采后质量显著下降。为了解决这个问题，Juliana等人（2023年）通过溶液吹塑法制备了含有5-20%薄荷油的生物降解性PLA/PEG纳米纤维垫。当薄荷油含量为20%时，这些垫材表现出更高的热稳定性（降解起始温度为367°C），玻璃化转变温度(Tg)和熔化温度(Tm)分别降低（从60°C降至45-47°C），从而提高了分子的移动性和灵活性。针对金黄色葡萄球菌的抗菌测试显示，在琼脂扩散实验中形成了抑制区，并且在动态接触测试中细菌数量减少了20%，证实了薄荷油的持续释放。在25°C下储存五天的试验表明，用PLA/PEG/20%薄荷油垫包装的草莓保持了更高的硬度并减少了重量损失（图4）。虽然这一结果令人鼓舞，但研究仍强调需要延长抗菌效果、扩大抗菌谱、优化稳定性、评估环境可生物降解性以及实现可扩展的生产和监管验证（Mendes等人，2023年）。下载：下载高分辨率图片（996KB）下载：下载全尺寸图片图4. 作为草莓包装的纳米纤维垫，显示了(a)应用情况，(b)重量损失，以及(c)储存过程中的硬度变化。经许可转载自参考文献（Mendes等人，2023年）版权所有（2023年）Elsevier。随着人们对传统合成抗菌剂在食品包装中化学残留物和环境持久性的担忧加剧，对能够提供强力病原体控制的天然、可生物降解替代品的需求也越来越大。在这种背景下，Tang等人在2023年制备了含有4 wt%苦艾油的静电纺 PLA 纳米纤维膜。这些膜表现出两阶段热降解特性（苦艾油挥发温度为111°C，PLA 分解温度更高），并且抗菌活性增强，对金黄色葡萄球菌的抑制区从1.0 mm增加到3.5 mm，对大肠杆菌的抑制区从2.0 mm增加到4.5 mm，这归因于其中的萜类化合物，包括萜品酮、樟脑和莰烯。尽管具有这些优势，但仍需进一步研究以增强抗菌效力、扩大对真菌、病毒和耐药菌株的覆盖范围、阐明苦艾油的释放动力学，并验证其体内和实际应用效果。未来的研究还应分析先进的封装技术以延长生物活性、实现可扩展的电纺过程、改善生物降解性能以及提高工业应用的成本效益（Tang等人，2023年）。基于多功能策略，Zheng等人（2024年）通过溶液浇铸法制备了含有20 wt%香芹酚(CRV)和3 wt%纤维素纳米晶体-氧化锌(CNC-ZnO)混合物的PLA复合膜。优化的PLA@CRV20%@CNC-ZnO3%膜达到了21.8 MPa的撕裂强度(TS)和403.1%的断裂能量吸收(BEAB)。差示扫描量热(DSC)结果表明，CRV降低了玻璃化转变温度(Tg)，而CNC-ZnO提高了结晶度至40%。这些膜具有出色的紫外线屏蔽性能和显著的抗菌活性，对大肠杆菌的抑制区为4.9 cm，对金黄色葡萄球菌为5.0 cm，对阿魏酸杆菌(A. niger)为3.4 cm。包装试验显示，在常温条件下，草莓的保质期延长到了12天（图5）。研究重点包括解析CRV的释放动力学、评估储存期间活性成分的稳定性、明确CRV-CNC-ZnO的协同机制、评估在不同环境下的屏障性能、氧化锌的生物降解性以及满足监管要求（Zheng等人，2024年）。下载：下载高分辨率图片（460KB）下载：下载全尺寸图片图5. 延时图像显示了PLA复合膜在保存草莓质量和保质期方面的效果。经许可转载自参考文献（Zheng等人，2024年）版权所有（2024年）Elsevier。每年，食源性疾病由致病细菌引起，影响全球数百万人，其中大肠杆菌和李斯特菌感染会导致严重的胃肠道疾病、住院治疗，甚至在易感人群中可能引发致命并发症。为了通过先进的抗菌包装保护人类健康，Wu等人（2024年）通过双电纺和电喷雾技术，将负载银纳米粒子(AgNP)的PLA微球与PLA-TPU纳米纤维结合，开发了一种分级抗菌膜。加入0.6 wt%的AgNPs后，不仅保持了热稳定性，由于局部应力导致撕裂强度略有下降，还通过填充孔隙提高了屏障性能。该膜对大肠杆菌和李斯特菌的抑制率达到了99% ± 1%。草莓的储存试验证实其保质期延长至超过7天（图6），同时减少了重量损失并保持了可溶性固形物、维生素C和硬度。然而，这种方法仍需进行全面的迁移和毒理学评估、Ag残留物的环境归趋分析、更广泛的微生物测试，以及系统性分析薄膜微观/纳米结构与细菌附着之间的关系。未来的研究方向还包括集成智能腐败指示剂、优化微球形态、开发可扩展且成本效益高的制造工艺（Wu等人，2024年）。由于新鲜农产品的微生物腐败给农民带来重大损失，尤其是草莓容易快速发生细菌和真菌腐败。2024年，Zhang等人通过熔融共混可降解聚合物（尤其是聚己内酯(PCL)使用挤出浇铸法制备了基于PLA的薄膜。PLA-PCL混合物由于均匀分散和界面结合，实现了最高的结晶度（13.9%）、撕裂强度(TS)（36.9 MPa）和断裂能量吸收(EAB)（34.4%）。它们还表现出低的水蒸气透过率（3.12 × 10-14 g?cm/cm2?s?Pa）、平衡的气体交换能力，并将草莓的新鲜度延长至64小时，优于聚乙烯薄膜（图7）。然而，仍存在挑战，包括需要严格的安全性和迁移性评估、生命周期和生态影响评估、针对耐药菌株的更广泛抗菌验证，以及优化可扩展的制造工艺。未来的研究应优化混合物比例、加入纳米增强剂以增强屏障性能，并设计具有抗菌或保鲜功能的多功能薄膜，以实现工业化应用（Zhang等人，2024年）。通过高性能生物复合材料推进可持续食品包装，Mazaheri等人（2025年）使用溶剂浇铸法制备了添加TEMPO氧化纤维素纳米纤维(T-CNF)和氧化石墨烯(GO)并用丁香油(CO)改性的PLA-PHA薄膜，制成透明、柔性的多功能包装材料。与对照组相比，添加T-CNF和CO的薄膜机械强度（17.52 → 21.24 MPa）和断裂伸长率（最高达46.62%）得到提升。屏障性能和紫外线阻挡效果得到增强，而在樱桃番茄和新鲜切胡萝卜上的应用测试（图8(A)和(B)）显示重量损失减少了约46%，颜色和新鲜度保存效果优于商用聚乙烯薄膜。尽管这些多功能改进突显了纳米填料-增塑剂-PLA-PHA生物复合材料的环保潜力，但缺乏细胞毒性和迁移性评估限制了其实际应用，因此需要进一步的安全性和工业验证（Mazaheri等人，2025年）。针对双重抗菌和抗氧化功能，Li等人（2025年）开发了含有2 wt%银修饰的纳米级零价铁（AgZVI）并经过漆酚功能化的PLA纳米复合膜。这些薄膜表现出更高的热稳定性（熔化焓为31.6 J/g）、改善的机械性能（抗拉强度为71.0 MPa，伸长率为13.4%）以及适中的水蒸气透过率（0.26 g·mm/m2·h·kPa）。它们表现出强大的抗氧化活性（DPPH为56.29%，ABTS为57.26%）和快速的杀菌效果（通过芬顿反应产生的羟基自由基在60分钟内杀灭超过99%的细菌，包括革兰氏阳性和阴性菌以及耐药菌株）。细胞毒性测试证实了其高生物相容性（97%的人肝细胞存活率）和低溶血率。在4°C下储存28天的新鲜苹果试验显示，与聚乙烯包装相比，重量损失、褐变、脂质氧化以及类胡萝卜素和叶绿素的保留情况都有所改善（图9）。虽然这些薄膜为活性包装提供了多功能的设计平台，但仍需进一步研究聚合物-纳米颗粒界面的稳定性、迁移性、生物降解性和工业可扩展性（Li等人，2025年）。表8下载：下载高分辨率图片（508KB）下载：下载全尺寸图片图9. 使用不同薄膜包装的新鲜切苹果的保存效果。经许可转载自参考文献（Li等人，2025年）版权所有（2025年）。表8. 开发的基于PLA的系统的新鲜产品应用性能比较。聚合物系统活性成分机械强度屏障性能热稳定性食品保质期参考文献PLA/PEG纳米纤维垫薄荷油（5-20%）未报道水蒸气透过率(WVP)：3.0 → ～1.5 g.mm.kPa-1.h-1.m-2；接触角：115° → 122°熔化起始温度(Tonset)：278 → 367°C；玻璃化转变温度(Tg)：60 → 45°C；熔化温度(Tm)：170 → 148°C草莓（25°C下保存5天）：重量损失2.5 → 0.3%；硬度8-12 N；抗氧化剂39-45%（Mendes等人，2023年）PLA纳米纤维膜苦艾油（2-6 wt%）未报道未报道熔化起始温度(Tonset)：313 → 327°C；两阶段分解：苦艾油148°C，PLA 350°C未报道（Tang等人，2023年）PLA薄膜香芹酚（20%）+ CNC-ZnO混合物（3%）TS：18.9 → 21.8 MPaEAB：138.6 → 403.1%光学透明度(OTR)：1.687 → 1.134；水蒸气透过率(WVP)：3.48 → 2.314；紫外线阻挡(UV-A)：98% → 12%玻璃化转变温度(Tg)：60.8 → 50.4°结晶度(Crystallinity)：26.9 → 40%草莓：纯PLA在8天内变质；PLA/CRV/CNC-ZnO组合在12天内保持新鲜88PLA-TPU（20:1）纳米纤维 + AgNPs-PLA微球银纳米粒子(AgNPs)含量为0.6 wt%TS：5.46 → 4.72 MPaEAB：140.2 → 109.7%WVP：1.446 → 1.273；WCA：140.1°草莓保质期：>9天（对照组<5天）；维生素C损失30%（对照组60%）（Wu等人，2024年）含PBAT、PBS、P34HB、PPC或PCL的PLA混合物薄膜无PLA-PCL：TS：36.9 MPa，EAB：34.4%；PLA-P34HB：EAB：51.0%；结晶度：5.1 → 13.9%水蒸气透过率(WVP)（× 10-14）：PLA 15.0 → PCL 3.1，P34HB 2.9（与PE 3.39相当）Tg：60.1 → 52.1-58.6°C；Tm：170.8 → ～160°C；PLA-PCL硬度最低草莓（0-3°C，72小时）：PLA-PCL最佳（64小时新鲜）；最佳氧气/二氧化碳(O2/CO2)平衡；最佳颜色保留（Zhang等人，2024年）PLA/PHA薄膜GO、T-CNF、丁香油TS：17.5 → 21.2 MPa（GO）；EAB：16.6 → 46.6%（含CO）；OP：4.85 → 3.41；WVP：3.15 → 3.04；紫外线阻挡(UV-blocking)：99.85%（280 nm）；可见光透射率(T10%)：282.6 → 287.0°C；结晶度(Crystallinity)：19.6 → 22.5%（含CO）；Tmax：PLA约360°C樱桃番茄（20天）：GO/CO薄膜保存效果最佳；新鲜切胡萝卜（7天）：重量损失8.5%（比HDPE少46%，比纯PLA/PHA少37%）91PLA/漆酚-Ag@ZVI（2%）漆酚功能化的Ag@ZVI（Ag 10.5%，Fe 10.2%）TS：49.1 → 71.0 MPa（增加45%）；EAB：5.6 → 13.4%（增加138%）；杨氏模量(Yang’s modulus)：1.81 → 2.36 GPa（增加30%）WVP：0.13 → 0.26；WCA：78.5° → 60.6°；不透明度(Opacity)：36.2 → 42.3；伸长率(Tdeh)：64.9 → 97.9°C；ΔHm：56.9 → 31.6 J/g；Tmax：364.7 → 332.9°C；残留物2.1 → 3.8%新鲜切苹果（4°C，28天）：重量损失7.1%；类胡萝卜素含量3.81 mg/g；MDA 1.51 mmol/g；DPPH 56.3%；ABTS 57.3%；99%细菌杀灭（60分钟）（Li等人，2025年）6.2. 肉类和乳制品的活性包装将精油封装在可生物降解的聚合物中在抗菌食品包装方面受到了关注。2021年，Campini等人通过乳液溶剂蒸发法合成了含有肉桂精油(CEO)、丁子香酚(EEO)和芳樟醇(LEO)的PLA微胶囊。CEO-PLA胶囊表现出最高的热稳定性（熔化起始温度(Tonset)：84°C；Tmax：164°C）、优异的胶体稳定性（+33.3 mV）以及最强的抗菌活性，在28天内保持80-90 mm的抑制区（图10）。EEO-PLA表现出中等稳定性和对革兰氏阴性菌的较高抗菌效果，而LEO-PLA的封装效率较低，抗菌持久性减弱。这项研究展示了PLA作为天然抗菌剂载体的潜力，但强调了改进LEO的结合方式、阐明PLA-LEO相互作用以及在实际食品条件下的释放动力学的必要性（Campini等人，2021年）。在减少合成防腐剂使用的同时保持食品质量的挑战促使人们研究了具有双重抗菌机制的复合纳米纤维薄膜。2021年，Han等人制备了含有肉桂醛(CMA)、茶多酚(TP)或两种化合物的同轴PLA纳米纤维薄膜。CMA提高了拉伸强度，但降低了柔韧性，而TP同时改善了强度和伸长率。CMA/TP-PLA组合配方对Shewanella putrefaciens表现出显著的抗菌作用，抑制区达到2.8461 ± 0.0244 cm，这归因于CMA引起的膜破坏和TP介导的穿孔作用。尽管在水产品保存方面取得了有希望的结果，但仍存在局限性，例如依赖于单一细菌模型、缺乏释放和长期稳定性数据，以及缺乏感官、安全性和生物降解性的评估，这凸显了在实际储存条件和工业规模可行性研究中的必要性（Han等人，2021年）。为了扩展多功能策略，Usman等人（2022年）通过溶液浇铸法制备了含有甲萘醌(MD，1-10 wt%)的PLA基复合材料，实现了机械增强、屏障性能和抗菌效果的结合。PLA/MD-3 的拉伸强度（TS）达到了 38 MPa，而 PLA/MD-10 的EAB（断裂拉伸模量）提高了 15%，这反映了MD对材料的增塑作用。适量的MD添加降低了氧气渗透率 30%，同时由于玻璃化转变温度（Tg）的降低，材料的结晶度和热稳定性也得到了提升。迁移测试确认了其安全性（<10 mg/cm2），并且这些薄膜显示出了对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌活性，同时还具有紫外线屏蔽和抗氧化潜力。然而，尚未解决的挑战包括在实际食品条件下的性能验证、长期渗出风险以及超出溶液浇铸方法的可扩展性问题。进一步的研究应该探讨更高浓度的MD、扩展微生物评估，并进行包含全面安全和环境分析的熔融加工途径（Lawal等人，2023年）。先进的食品包装策略越来越倾向于利用互补聚合物和生物活性成分之间的协同作用的多层结构。2023年，Patino等人开发了一种三层结构（PLAext/PLAele/Chi），其中包括一层挤出的PLA基底、一层负载了月桂酰精氨酸（LAE）和纤维素纳米晶体的静电纺PLA中间层，以及一层壳聚糖顶层。这种三层结构能够在2小时内使 listeria innocua 减少3个数量级，并在24小时内完全消除 Salmonella enterica，相应的抑制区分别为3.0毫米和2.7毫米。21天后证实了其可堆肥性（图11）。然而，关于该复杂工艺的可扩展性、LAE残留物的生态影响、涂层均匀性以及食品接触条件下的评估结果仍存在问题。尽管这些材料显示出强大的抗菌潜力，但要将这些成果转化为实际应用仍需解决上述问题（Vidal等人，2023年）。

新鲜肉制品的保质期较短，例如鸡胸肉容易受到细菌污染并导致品质下降，因此需要先进的包装技术来有效保护食品同时实现可持续性目标。Nurul等人在2023年制备了PLA/PBS（80/20）生物纳米复合材料，并通过溶剂浇铸法添加了纳米纤维素（NFC）和9 wt% 的百里酚精油（EO）进行增强。基础PLA/PBS混合物的TS为14.7 MPa，EAB为9.24%。加入2 wt%的NFC后，TS升高至16.7 MPa，拉伸模量升至646 MPa。添加9 wt%的百里酚EO后，TS降低（PLA/PBS为11.2 MPa，PLA/PBS/NFC为13.2 MPa），但柔韧性提高（EAB分别为15.6%和13.2%）。热稳定性增强，降解起始温度从304°C提高到308.2°C，PLA/PBS/NFC/9T的最大温度（Tmax）达到了395.6°C。堆肥试验显示，PLA薄膜在42天后质量损失了44.4%，而PLA/PBS/NFC薄膜在28天内质量损失了50.9-70.5%。百里酚EO减少了55%的金黄色葡萄球菌和42%的大肠杆菌。对鸡胸肉的测试证实减少了水分流失和微生物生长，从而延长了食品的食用期限（图12）。然而，这些材料仍存在现实储存条件下的验证不足、迁移性研究、毒理学数据缺乏、病原体覆盖范围有限以及释放动力学未量化等问题。未来的研究应整合生命周期评估、可扩展性分析以及更广泛的抗菌评估（Zabidi等人，2023年）。

热敏感的生物活性化合物在常规聚合物加工过程中往往会失去抗菌效力，这成为开发有效活性包装材料的瓶颈。为了解决这一问题，Faba等人（2024年）通过超临界CO2处理开发了含有香芹酚共晶的PLA基纳米复合泡沫，实现了可控释放。这些泡沫具有均匀的闭孔结构，由于纳米粘土的核化作用，拉伸强度和杨氏模量（YM）得到提升，热稳定性提高了约17°C。氢键稳定的香芹酚共晶将扩散速率降低了一个数量级，从而延长了抗氧化剂的释放时间，延长了保质期，并且在30天内实现了超过90%的质量损失，而在共晶结构中这一过程更为迅速（图13）。然而，工业可扩展性、活性成分的多样性以及超过30天后的长期环境影响（如微塑料形成）尚未得到充分解决。未来的工作应重点关注放大生产的可行性、更多天然增辅剂的探索、多功能集成（例如氧气捕获和紫外线屏蔽），以及受刺激响应或基于机器学习的设计，以提高商业化应用的可能性（Faba等人，2024年）。

在可降解薄膜中控制多种抗菌剂的释放同时保持其效力是一个关键的配方挑战。2024年，Yaman等人将环氧大豆油和云杉树脂作为增塑剂，ZnO纳米粒子作为纳米填料，以及百里香-丁香精油加入溶剂浇铸的PLA薄膜中。这种顺序加入的方式降低了拉伸强度（从59 MPa降至8.99 MPa）和弹性模量（从2625 MPa降至725.4 MPa），提高了柔韧性，同时通过增塑作用降低了Tg和Tm。抗菌活性增强，对大肠杆菌的抑制区达到了13.83毫米，对金黄色葡萄球菌的抑制区达到了15.67毫米，这是由于SR（云杉树脂）、ZnO和精油的协同效应。形态观察和多变量分析（PCA, HCA）将纳米填料的分散与机械和结构性能联系起来。然而，释放动力学尚未解决，缺乏实际食品条件下的验证，工业可扩展性未经测试，以及较高的水蒸气渗透率限制了其在对湿度敏感的食品中的应用。未来的工作应优先进行储存条件测试、多功能添加剂优化、可扩展的加工方法（如反应挤出）以及在堆肥和回收环境下的生物降解性评估（Yaman等人，2024年）。

利用纳米技术进行抗菌包装，Di Matteo等人（2025年）通过静电纺丝制备了负载了水热碳纳米粒子（CNP）和铜掺杂CNP（CNP-Cu）的PLA纳米纤维，形成了无缺陷的纤维（200-500纳米），纳米粒子均匀分布。优化的DCM/DMF溶剂系统和超声波处理确保了稳定的分散效果，高表面积与体积比增强了抗菌活性。在水性食品模拟物中的迁移研究表明纳米粒子释放极少，铜含量远低于欧盟的安全阈值，表明具有潜在的合规性。这些纳米纤维展示了有希望的结构完整性和活性包装功能；然而，需要通过实际食品试验和细胞毒性评估来验证其工业应用性和消费者安全性（Di Matteo等人，2025年）。

表9展示了开发的基于PLA的系统的应用对比性能，包括在肉类和乳制品中的表现。

聚合物系统 | 活性成分 | 力学强度 | 阻隔性能 | 热稳定性 | 食品保质期 | 参考文献
--- | --- | --- | --- | --- | --- |
| PLA微胶囊 | CEO（肉桂油）、EOE（丁子香酚）、LEO（芳樟醇） | 未报告 | 未报告 | Tmax1: CEO 189°C, EEO 194°C, LEO 149°C; Capsule Tmax1: CEO 164°C, EEO 138°C, LEO 107°C; PLA Tmax2: ～344°C | （Campini等人，2021年） |
| PLA共轴纳米纤维 | 肉桂醛（CMA）+ 茶多酚（TP） | TS: 2.0 → 6.0-7.0 MPa; EAB: 46.9 → 53.0-72.1% | WCA: 130° → 124° (疏水性); WVTR: 42.9 → 42.0 | Tg: ～79°C | （Han等人，2021年） |
| PLA+甲萘酮复合薄膜 | 甲萘酮（维生素K3）; TS: 26 → 38 MPa (3% MD); EAB: 3.2 → 15% | OTR: ↓30% (5% MD); UV-B: 47% → 100% 阻塞; UPF >50 (优异); 可见光T 75% → 28% | T10%: 317 → 313°C; Tg: 62 → 57°C; 残留物 0.3 → 24% (炭化); 结晶度: 10.9 → 15.5% (1% MD) | （Lawal等人，2023年） |
| PLAext/PLA-LAE@PLA-CNC静电纺/壳聚糖 | LAE未报告 | WCA: PLA/PLA-CNC ～120°, 壳聚糖: 75°, PLAext/Chi 94°; 未报告 | （Vidal等人，2023年） |
| PLA/PBS薄膜 | 百里酚油 | TS: 14.7 → 13.2 MPa; EAB: 9.2 → 13.2%; WVP: ～4.5 × 10^-12 | Tmax: 347.6 → 395.6°C; 鸡胸肉（25°C, 3天）: 使用百里酚薄膜无腐败 | （Zabidi等人，2023年） |
| PLA/C30B（1-3%）闭孔泡沫 | 香芹酚 | YM: 22.8 → 45.5 MPa | EAB: 18.3 → 68.8% | 未报告 | 未报告 | （Faba等人，2024年） |
| PLA薄膜（ES/SR/ZnO/EOs） | SR/ZnO/百里香-丁香精油 | TS: 59.0 → 9.0 MPa (↓85%)；EAB: 2.9 → 3.6% (↑25%) | WVP: 0.080 → 0.067 (SR+ZnO, 最佳); → 0.087-0.090 (含EOs); 接触角: 67° → 45.5° → 64° | Tm: 153 → 148°C; Tg: 72 → 64°C | （Yaman等人，2024年） |
| PLA/CNP-Cu纳米纤维 | CNP（碳纳米粒子）未报告 | Tg: 55-65°C, Tm: 150-165°C | （Di Matteo等人，2025年） |

Kudzin等人（2021年）开发了通过海藻酸盐介导的Zn2+固定的PLA纤维（39.71 g/kg），通过持续释放锌离子实现快速、广谱的抗菌活性。这种可生物降解的PLA-Alg-Zn2+复合材料是通过将熔融吹制的PLA浸涂海藻酸钠和氯化锌制备的（图1），实现了稳定的锌嵌入、表面积增加、润湿性改变和结构完整性。这些材料能够完全抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、A. niger和C. globosum。然而，针对多重耐药性和食源性病原体的验证、体内安全性、锌释放动力学、长期稳定性、生态影响以及可扩展性尚未解决。未来的工作应整合协同抗菌系统，优化制备工艺，并进行全面的生命周期和安全评估，以实现工业化应用（Kudzin等人，2021年）。

2023年，Xiang等人开发了SP/CFPLA-6%复合材料，结合了高拉伸强度（95.8 MPa）、快速可堆肥性（30天内降解72.9%）和内在的抗菌功能（图14）。该材料由纤维素纸、熔融吹制的PLA纤维和抗菌剂组成，实现了84.2%的水蒸气传输率降低，提高了油 resistance，并在高达260°C下的热稳定性。Polyhexamethylene biguanide对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有浓度依赖性的抑制作用，堆肥测试证实其在四个月内几乎完全降解。然而，抗菌谱有限，PHMB的释放动力学不明确，长期稳定性和生物相容性不确定，以及可扩展性仍是关键障碍。未来的工作应扩展微生物评估，明确释放行为，验证储存和体内安全性，并建立可扩展的制造工艺以实现实际应用（Zhou等人，2023年）。

PLA/PBAT/DZ复合材料表现出平衡的抗菌效果（抗菌效果降低99.7%）、机械稳定性（TS约46 MPa；伸长率约3.4%）和热韧性，适合用于活性食品包装，但也引发了关于环境命运和可扩展性的担忧。Li Mei等人（2023年）将ZnO支持的硅藻土加入PLA/PBAT中，多孔载体减少了ZnO与PLA之间的不良相互作用，从而对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有强烈的抗菌活性，同时热降解很小（起始温度降低了5-6°C）。然而，仍存在限制，包括抗菌效果验证不足、ROS和Zn2+介导的机制不明确、储存性能未经测试、DZ的生物降解性和锌渗出问题以及制造可扩展性未解决。未来的研究应扩大微生物评估范围，明确释放机制，评估食品接触条件下的稳定性，并进行全面的环境和生命周期分析以实现工业化应用（Mei等人，2024年）。

Moragote等人（2023年）的PLA-coencob-TiO2复合材料同时实现了1,750 MPa的杨氏模量和超过99%的抗菌效果，这一双重性能里程碑是传统PLA改性方法无法实现的。该复合材料通过用玉米芯纤维和纳米TiO2增强PLA制备，优化了70:30的PLA-CF比例以最大化刚性。同时，TiO2对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有ROS介导的抗菌作用。生物降解测试证实了重量损失与浓度和时间相关，高玉米芯添加量会加速这一过程。然而，纤维-基体的不相容性、TiO2的渗出风险、抗菌范围有限以及可扩展性限制仍未解决。未来的研究应关注纤维-基体的相容性、实际应用性能评估以及纳米粒子安全的绿色加工方法（Buddhakala和Buddhakala，2023年）。

Yue Qi等人（2023年）通过γ射线辐照改良了PLA-g-PVP-Ag织物，实现了医疗级的消毒效果（>5.5 log减少）和机械强度（7.9 MPa的拉伸强度）（图2）。γ射线辐照在10 kGy下实现了可控的PVP接枝和均匀的AgNP固定，即使在低AgNP负载下也保持了拉伸强度。抗菌测试显示对金黄色葡萄球菌的抑制效果超过99%。然而，剩余的挑战包括AgNP-PVP-PLA之间的相互作用不明确、高负载下的聚集现象、辐照后的稳定性、生物降解性以及生态毒性。未来的工作应强调分子层面的表征、混合改性策略、更广泛的抗菌验证（包括耐药性和形成生物膜的菌株）、环境安全性评估以及节能的加工方法（Qi等人，2023年）。

2025年，Yanat等人进行了全面的生命周期评估（LCA），比较了含有5 wt%壳聚糖纳米粒子（ChNCs）的生物纳米复合PLA与传统的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）包装。该研究使用十个指标评估了从原材料提取、生产、使用到最终处理的整个过程的环境影响，包括气候变化潜力。从虾壳废料中生产ChNC涉及能耗高的酸水解和冷冻干燥，被认为是整体环境负担的主要来源，导致二氧化碳当量排放量相比纯PLA增加了40%。尽管如此，ChNC-PLA薄膜在可堆肥性和潜在的可生物降解性方面优于PET（PET主要堆积在垃圾填埋场）。已经提出了工艺优化措施，包括减少酸的使用和降低能耗的干燥过程，以减轻环境影响。尽管这项研究关注的是可持续性而非机械性能或抗菌性能，但它为指导生物聚合物纳米复合材料的环保生产和生命周期管理在食品包装中的应用提供了关键见解（Yanat等人，2025年）。表10展示了基于PLA的系统的比较评估，突出了其结构特性和与可持续性相关的性能。

| 聚合物系统 | 活性剂 | 机械强度 | 阻隔性能 | 热稳定性 | 食品保质期 | 参考文献 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| PLA熔融吹制非织造布/海藻酸/Zn2+ | 凝胶纤维素 | 未报告 | 122.8° → 45.7° → 115.0°；未报告 | 未报告 | （Kudzin等人，2021年） |
| 纤维素/PLA/PHMB-SA复合纸 | PHMB | 干态强度：23.2 MPa → 95.8 MPa（上升312%）；湿态强度：0.5 MPa → 26.8 MPa（52倍）；油强度：14.1 MPa → 76.4 MPa | WVTR：下降84.2%；WA：232 → 27%（下降88.4%）；OAR：38.1 → 3.4%（下降92.1%）；WCA：0° → >90° | 未报告 | （Zhou等人，2023年） |
| PLA/PBAT/DZ薄膜 | ZnO（作为DZ或纳米ZnO） | 抗拉强度：46.1 MPa → 46.7 MPa（1DZ），25.7 MPa（1ZnO）；EAB：2.4% → 2.2%（1DZ），0.7%（1ZnO） | T5%：319°C → 273°C（1DZ），251°C（1ZnO）；结晶度：5.9% → 17.5%（1DZ），4.7%（1ZnO） | 未报告 | （Mei等人，2024年） |
| PLA/CF复合薄膜 | TiO2纳米颗粒 | 抗拉强度：18 MPa | 未报告 | 未报告 | 未报告 | （Buddhakala和Buddhakala，2023年） |
| PLA-g-PVP织物 | Ag纳米颗粒 | 抗拉强度：8.3 MPa → 7.8 MPa（Ag-2）；EAB：184.6 → 179.8% | 未报告 | 未报告 | （Qi等人，2023年） |
| PLA/ChNC纳米复合材料 | 凝胶纤维素纳米晶体 | 未报告 | 未报告 | 未报告 | 未报告 | （Yanat等人，2025年） |

**6.4. 为提升性能的功能添加剂**

2020年，Cavallo等人开发了PLA木质素纳米颗粒（LNP）复合材料，同时满足了包装领域的三个关键需求：紫外线屏蔽、抗氧化保护和抗菌活性，并保持了完全的可堆肥性（17天内降解超过90%，如图15所示）。含有1-3 wt%原始木质素纳米颗粒、柠檬酸修饰木质素纳米颗粒或乙酰化木质素纳米颗粒的PLA薄膜在低载荷下表现出均匀的纳米颗粒分散；然而，较高浓度会导致聚集并降低延展性。这些复合材料显示出显著的紫外线阻挡能力、自由基清除能力和对抗大肠杆菌和黄色曲霉的抗菌效果，这归因于多酚功能性和纳米级渗透性，迁移研究也确认了其食品接触安全性。虽然实现了快速堆肥，但仍存在挑战，包括有限的抗菌谱、在不同环境条件下的降解特性不明确、在紫外线和湿度下的长期稳定性以及高载荷下的纳米颗粒聚集。未来的工作应优化纳米颗粒分散、研究替代的木质素化学结构、扩展抗菌测试、评估多种环境下的降解情况，并朝着可扩展、节能的加工方向发展，同时进行生命周期评估，可能整合混合生物或无机添加剂，以生产出多功能、环保的PLA复合材料，用于可持续食品包装（Cavallo等人，2020年）。

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**图15. 在模拟堆肥条件（58°C）下PLA和PLA纳米复合薄膜的降解观察结果。**经参考文献（Cavallo等人，2020年）许可转载，版权归MDPI所有。

将N-卤胺功能化的二氧化硅引入PLA基质中，是一种同时赋予抗菌性能和提高生物降解聚合物结构性能的变革性策略。Yan Zhao等人将EBDMH-SiO2掺入PLA中，在低于5 wt%的载荷下，界面相容性促进了成核和结晶；而较高浓度则限制了链的移动性。流变分析证实了粘度和储存模量的增加，这转化为熔体强度的提高。经过氯化处理后，EBDMH-SiO2在3小时内实现了对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌超过99.9%的灭活效果，凸显了其用于食品接触应用的潜力（示意图3）。然而，关于N-卤胺活性的长期耐久性、生物降解行为、生态毒性、抗菌覆盖范围、机制原理以及工业可扩展性等方面仍存在关键问题。未来的工作应重点关注可再生性、扩展病原体测试、生命周期和安全评估，以及开发具有验证过的食品接触性能的可扩展、响应性复合材料（Zhao等人，2020年）。

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**示意图3. 合成3-(4’-环氧乙基-苄基)-5,5-二甲基肼（EBDMH）的示意图（Zhao等人，2020年）。**

通过将生物来源的纤维素纳米纤维与银纳米颗粒功能化相结合，这项研究提出了一种有效的方法，在可降解的PLA薄膜中实现结构增强与抗菌性能的平衡。2024年，Szymańska-Chargot等人通过溶剂浇铸将装饰有AgNPs的胡萝卜来源纤维素纳米纤维掺入PLA中，在低AgNP载荷（0.25 mM）下实现了刚度和拉伸强度的优化；而较高浓度（2 mM）则降低了延展性，但提高了刚性。热分析显示Tg变化很小，结晶温度略有升高，熔点略微降低，热稳定性略有下降。AgNP的添加还增加了亲水性并改变了气体渗透性，对大肠杆菌和蜡状芽孢杆菌表现出强大的抗菌活性，但对金黄色葡萄球菌的抑制作用较弱。重要的是，抗菌作用局限于表面，限制了纳米颗粒的迁移并确保了食品接触的安全性。然而，屏障性能的降低、机械性能的折中以及狭窄的抗菌谱表明需要改善界面相容性、优化AgNP的剂量、扩大抗菌覆盖范围以及在多功能活性包装中的可扩展制造（Szymańska-Chargot等人，2020年）。

**使用植物源性化合物进行聚合物浸渍**为多功能活性包装提供了一种可持续策略，可以提升食品安全性和保质期。Masek等人（2021年）将百里香和丁香提取物与百里酚和丁子香酚一起掺入PLA和乙烯-诺博烯（EN）基质中，发现百里酚和百里香提取物在PLA中的浸渍效率更高，而EN在加速太阳老化过程中保持了更好的机械和热稳定性。相比之下，PLA由于氧化降解和重结晶而变得脆弱。丁香浸渍的EN显著提高了抗氧化稳定性（OIT：6.14分钟至39.02分钟），并对大肠杆菌表现出选择性抗菌活性，而PLA由于植物化学物质的降解而失去了抗菌效果。然而，未解决的挑战包括释放机制不明确、PLA中的抗菌持久性有限、依赖于基于溶剂的浸渍方法、缺乏实际食品验证以及缺乏生物降解性评估。因此，未来的工作应明确释放机制，采用等离子活化或超临界CO2处理等先进浸渍方法，扩展食品系统中的抗菌测试，并评估生物降解性和环境命运，以支持响应性、多功能工业包装的发展（Masek等人，2021年）。

为了应对机械增强和抗菌效果的双重挑战，Shen等人（2021年）制备了静电纺丝PLA纤维膜，其中包含了无溶剂的纤维素纳米晶体流体（CNCfs）。在20 wt%的CNCf含量下，这些膜显示出1.3-1.4倍的拉伸强度、显著提高的水分吸收和蒸发能力，以及水蒸气传输率（0.046 kg m-2 h-1）的显著增加，这得益于多孔微结构和CNCf诱导的超亲水性。氢键作用改善了分散性和结构稳定性，热稳定性保持在700°C以下。抗菌测试显示大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的数量显著减少到3 CFU/mL，这归因于物理破坏和高接触面积。然而，关于长期耐久性、生物降解途径、广谱抗菌效果、CNCf的可扩展合成、抗菌作用的机制解析以及医疗生物相容性等方面仍存在不确定性。未来的研究应系统评估生物降解性，扩展病原体测试（包括真菌、病毒和耐药菌株），建立绿色CNCf制造方法，并进行体内评估，以推进PLA-CNCf膜作为可持续医疗和保护材料的开发（Shen等人，2021年）。

**将海洋废弃物转化为功能性生物聚合物**，这项研究介绍了一种可持续的等离子辅助涂层策略，用于制造具有显著生物膜抑制能力的抗菌聚乳酸（PLA）薄膜。2021年，Luciana等人合成了用壳聚糖（CS）和来自鱿鱼笔的壳寡糖（COS）功能化的PLA涂层，通过静电膜破坏和干扰细胞内过程，实现了可培养的大肠杆菌和普鲁氏菌生物膜细胞多达87%的减少。尽管生物膜抑制性能令人印象深刻，但仍存在关键限制，包括CS分子量与抗菌活性之间不明确的相关性、仅限于革兰氏阴性病原体的狭窄抗菌谱、依赖于短期静态测试且缺乏真实储存模拟、以及表面涂层可扩展性和耐久性的不确定性。未来的工作应确定CS衍生物的结构-活性关系，扩展对革兰氏阳性细菌、真菌和病毒的测试，设计批量集成或多层系统，并在加工和处理过程中提高稳定性，通过纵向食品接触试验进行验证（Gomes等人，2021年）。

**PLA/MWCNT纤维的工业规模开发**用于FFF 3D打印，代表了制造具有增强机械性能、热稳定性和抗菌功能的多功能纳米复合材料的变革性方法。2021年，Nectarios等人开发了用于熔融纤维制造（FFF）3D打印的PLA/MWCNT纤维，旨在实现具有改进机械性能、热稳定性和抗菌性能的多功能纳米复合材料。在1.0 wt%的MWCNT含量下，抗拉强度和弹性增加了34%；而较高载荷（2.5-5.0 wt%）导致纳米管聚集并阻碍了链的移动性，降低了性能。热稳定性保持稳定，降解起始温度为273°C，并且在5.0 wt%的含量下通过膜破坏和活性氧生成观察到了抗菌效果。然而，在纳米管分散、各向异性的热/电性能、界面对齐以及环境安全性方面仍存在挑战。未来的研究应追求先进的 dispersion 策略、混合材料打印、纳米管取向的现场表征、后处理以增强粘合性、生物降解和生态影响分析，以及在操作条件下的耐久性测试，以实现可持续的多功能PLA/MWCNT复合材料在生物医学和工业应用中的使用（Vidakis等人，2021年）。

**通过策略性地调节纳米颗粒分散、聚合物结晶度和超声辅助制造**，这项研究阐明了在PLA/ZnO静电纺丝膜中观察到的多功能增强的机制基础。2021年，Rong等人制造了静电纺丝PLA/ZnO纳米纤维膜，并证明超声显著改善了纳米颗粒分散、结晶度和多功能性能。在0.5 wt%的ZnO含量下，膜达到了最佳的机械强度（抗拉强度 = 6.85 ± 0.19 MPa；EAB = 74.90 ± 0.59%），而抗菌测试显示对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制区达到21.17 mm（图16）。ZnO的掺入还提高了Tg，突显了活性食品包装的协同热和功能优势。然而，关键挑战包括纳米颗粒表面可访问性的限制、长期稳定性的不确定性以及在真实食品储存条件下的未经验证的有效性。未来的研究应追求对纳米颗粒定位的精确控制、在动态条件下的性能监测、与共活性剂的整合、以及全面的生物降解性和监管评估，以推进PLA/ZnO包装的可持续部署（Zhang等人，2021年）。

**将钛硅混合氧化物纳米颗粒嵌入PLA薄膜中**提供了一种多功能复合材料的通用方法，具有增强的机械性能、抗菌性能和光催化生物降解性。Arpaporn等人（2022年）报告称，3 wt%的Ti70Si30和Ti50Si50提高了拉伸强度和杨氏模量（YM），而Ti40Si60和TiO2SiO2改善了断裂伸长率；然而，过高的载荷导致聚集和机械完整性降低。总体热稳定性有所改善，尽管Ti70Si30由于水解链断裂而显示出较低的稳定性。抗菌活性很强，97PLA/3TiO2对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的R值分别为5.96和4.35（图17）。功能化的复合材料加速了亚甲蓝的光催化降解，表明了生物降解性的提高。剩余的挑战包括对界面机制的有限理解、长期环境稳定性、纳米颗粒迁移和毒性、可扩展性、实际抗菌性能以及生命周期可持续性。未来的工作应针对界面表征、纵向稳定性研究、安全性评估、优化的纳米颗粒功能化、可扩展的加工、全面的生命周期评估以及针对多物种生物膜的扩展抗菌测试，以实现可持续且工业可行的PLA/TixSiy纳米复合材料（Teamsinsungvon等人，2022年）。

**基于多层次纤维素的纸板复合材料**在PLA涂层中掺入ZnO纳米颗粒，为抗菌、增强屏障性能的快餐包装提供了可持续的途径。Wang等人（2022年）制备了顺序CMCS/CMC、PLA和1.5 wt% ZnO-PLA涂层，在电晕处理后实现了约99%的氧气传输减少，以及对水蒸气、油渗透性和油脂的显著改善的抵抗性。抗菌活性在24小时内超过99%针对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，并通过ZnO-PLA界面的ROS介导的膜破坏持续了7天。关键限制包括在紫外线、热和湿度应力下的长期耐久性不确定、杀菌机制不完善、多层加工的可扩展性和可重复性挑战以及纳米颗粒迁移和监管安全的不确定性。未来的工作应优先考虑加速老化和稳定性分析、细菌-纳米颗粒的机制研究、优化的分散和可控释放、可扩展的卷对卷制造，以及全面的生命周期和安全评估，以实现工业可行的多功能包装（Wang等人，2022年）。

**表面功能化的纤维素纳米晶体（CNCs）**装饰有Ag纳米颗粒，为在PLA膜中实现高抗菌效果提供了强大的平台，利用了协同的膜破坏和Ag+介导的抑制作用。Lili Song等人（2022年）设计了通过3-巯基丙基三甲氧基硅烷对CNCs进行表面修饰、原位Ag NP沉积和烷基巯基接枝（C10, C14, C18），然后通过溶剂浇铸到PLA基质中，制备了多功能PLA纳米复合材料。掺入3-5 wt%的ATx-Ag-CNCs改善了界面相容性，提高了韧性和生物活性，通过对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的协同膜破坏和Ag+介导的DNA和蛋白质合成抑制，表现出显著的抗菌效果。较短的烷基链（C10）提供了最佳的延展性，而较长的链则导致轻微的聚集并降低了增强效果。然而，我们在链长依赖性的力学性质、长期银释放以及可扩展性方面仍存在理解上的空白。未来的研究应致力于开发可控释放系统、环保填充剂的整合、工业化规模的生产，以及全面的生物降解性和毒性评估，以扩展这些材料在包装、医疗和过滤领域的应用（Song等人，2022年）。将季铵盐（QAS）功能化的共聚物共价接枝到PLA上，可以制造出既具有机械强度又具有靶向抗菌性能的薄膜（方案4）。2023年，Aynali等人通过点击化学方法将QAS共聚物以5摩尔%（P2）和30摩尔%（P1）的比例接枝到PLA/PEG（90/10）薄膜中，并通过喷涂涂层技术将其应用到实际产品中。P1在低覆盖率下提高了拉伸强度和柔韧性，但在高浓度下会导致脆化；而P2则保持了机械稳定性。热分析显示玻璃化转变温度（Tg）略有下降，灼烧残渣产量增加，但熔点变化不大。抗菌测试表明，P1对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有几乎完全的杀菌效果，而P2在保持ISO 10993-5细胞相容性的同时，毒性较低。仍存在的挑战包括微生物作用范围的局限性、效能与毒性的权衡，以及耐久性评估的不足。未来的工作应优化QAS的结构，以分离其毒性和抗菌效果，扩大病原体测试范围，并开发可扩展的喷涂或卷对卷涂层技术，并进行全面的环境影响评估（Aynali等人，2023年）。

开发PLA/CNC/rGO复合材料为可持续的高性能材料提供了一条途径；然而，全面评估其生物降解性、可扩展性和法规合规性是必要的。2023年，Kartikey等人制备了含有CNC（1 wt%）和rGO（0.25-0.75 wt%）的PLA生物纳米复合材料，结果表明该材料具有更好的热稳定性（降解起始温度为200°C；主要降解发生在300-400°C），结晶度提高，玻璃化转变温度（Tg）基本不变，熔融温度（Tm）上升。随着rGO含量的增加，抗菌活性增强，0.50 wt%的rGO对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制圈分别为5.93 ± 0.16 mm和5.26 ± 0.21 mm，而0.75 wt%的rGO的抑制圈更为显著（分别为8.41 ± 0.31 mm和6.12 ± 0.43 mm）。然而，纳米填料的分散性、CNC与rGO之间的界面相互作用以及在多种条件下的生物降解性仍需进一步研究。未来的工作应优化填料比例，改进分散策略，进行长期的环境影响评估，并验证其在包装应用中的可扩展性和安全性（Verma等人，2023年）。

PLA/EVA-TRI系统展示了针对特定真菌的抗菌效果，为生物活性食品包装的设计提供了新的思路。2023年，Munirah等人将三醋酸甘油（TRI）作为生物基增塑剂加入到85 wt%的PLA和15 wt%的EVA混合物中，优化了其机械柔韧性、热稳定性和抗菌性能。TRI将特拉普-艾伦尔（TS）从27.3 MPa降低到18.2 MPa，同时将EAB（弧行为）从4.5%提高到133.4%；PLA85/EVA15-TRI15配方比仅用20 wt% TRI改性的PLA（17.9 MPa）具有更好的拉伸性能（21.7 MPa），这突显了EVA共混和增塑的协同效应。热分析显示TRI在120-170°C之间挥发，随后PLA/EVA在330°C以上分解，且在添加20 wt% TRI时仍保持稳定性。抗菌测试表明，在较高TRI含量下对镰刀菌和青霉菌有显著的抑制作用，而对曲霉菌的抑制效果较差。研究中的空白包括相态结构不明确、毒性-效能之间的权衡，以及耐久性评估的不足。未来的研究应采用先进的显微镜技术进行界面分析，研究迁移动力学，扩展抗菌谱，并进行生态毒性评估，以开发安全、多功能的抗菌包装材料（Johar等人，2023年）。

NGF增强型PLA/PEG薄膜通过提高氧气阻隔性和表面性能，在主动食品包装方面显示出广阔的应用潜力，尽管还需要对迁移性、细胞毒性和生命周期进行评估，以确保食品安全和符合相关法规。2024年，Mahboubeh等人制备了含有纳米玻璃片（NGF）的PLA/PEG纳米复合材料，使得氧气渗透率降低了99倍，疏水性增强，玻璃化转变温度上升了17°C，光学透明度提高。高含量的NGF虽然增加了材料的脆性，但也带来了机械性能的trade-offs。尽管这种改进间接提高了食品的保存效果，但迁移性和细胞毒性问题仍未得到充分研究。未来的工作应在实际存储条件下验证安全性，开发可扩展的生产工艺，评估生物降解性和生命周期影响，并整合抗菌添加剂或传感器等多功能特性，同时保持透明度（Vosough Kia等人，2024年）。

胺功能化的绿色介孔二氧化硅（GMS）的加入赋予了PLA/PGA复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的强杀菌效果，并提升了抗氧化性能，表明这类复合材料适用于延长保质期的主动包装。Usman Lawal等人（2024年）通过溶剂浇铸法制备了含有0.1-1 wt%来自稻壳的胺功能化GMS的PLA薄膜，结果该薄膜具有更好的热稳定性、结晶度、拉伸强度（最高可达47 MPa）、断裂延伸率（5.6%）、显著的抗菌效果以及78%的DPPH自由基清除能力。迁移量低于10 mg/dm2，符合欧盟标准，切片苹果的保质期延长了七天（图18）。然而，仍存在一些未解决的问题，如溶剂浇铸的可扩展性、填料分散性和界面相容性、食品系统中的迁移行为不明确、长期迁移和渗出问题、多功能整合的缺失以及生物降解性评估的不完整，这些限制了实际应用。未来的工作应优化界面化学性质，扩展在实际食品和存储条件下的研究，进行长期的安全性和生态毒性评估，并开发可扩展的挤出或吹塑多功能配方（Lawal等人，2024年）。

将PLA与TPU共混，并用姜黄素对钻石进行功能化处理，可以制备出一种多功能复合平台，该平台不仅提高了机械柔韧性、热稳定性及界面粘结性，还减少了纳米粒子的聚集。2024年，Zhang等人将1.5 wt%的姜黄素功能化纳米钻石（ND-Cur）通过溶液浇铸法引入PLA/TPU薄膜中，使得EAB提高了119.9%，热稳定性提高了47.9%（T5%）。缺点包括PLA的脆性问题、热处理极限、PLA-TPU相互作用的认知不足、ND-Cur添加量的优化问题、界面机理的不确定性以及耐久性、生物降解性和迁移性的不确定性。未来的工作应优化ND-Cur的浓度，通过先进技术阐明界面化学性质，研究生物降解和迁移行为，评估机械稳定性，开发可扩展的生产工艺，并验证其在各种应用中的多功能性能和法规合规性（Zhang等人，2024年）。

PLA/Enset纤维（EF）/ZnO生物复合材料利用可再生纤维和纳米粒子推动了可持续包装的发展；然而，关于可扩展性、环境足迹、长期迁移以及与传统食品存储系统的兼容性等问题仍需仔细评估。Bekinew等人通过溶剂浇铸法制备了含有25 wt% EF和5 wt% ZnO纳米颗粒的PLA薄膜，并通过压缩成型工艺进一步优化了其性能。这些复合材料表现出26.5 MPa的TS、改善的热稳定性、增强的阻隔性能、低于60 mg/kg的整体迁移量，以及显著的抗菌效果，对曲霉菌、青霉菌和根霉的抑制圈达到了1.51 cm，从而将Injera的保质期延长了八天以上，同时保持了水分和pH值的稳定性（图19）。关键的研究空白包括优化EF含量和表面处理以改善粘附性、理解ZnO的迁移行为和EF-ZnO之间的相互作用、扩展抗菌测试、评估长期迁移情况以及环境影响等。未来的工作应优化处理方法，调整ZnO的含量，研究界面机制，扩展微生物评估，进行迁移和毒性研究，并评估生态毒性，同时保持包装的美观性（Dejene等人，2024年）。

受市场对具有增强结构完整性和抗菌性能的可持续主动包装需求的影响，Ahmed等人（2025年）制备了含有2 wt% TiO2和1-5 wt% CuO-TiO2的生物降解PLA生物纳米复合材料。CuO-TiO2的加入通过将分解起始温度提高到了更高的水平，并将拉伸强度从45.34 MPa提升到5 wt%时的65.23 MPa，显示出界面的协同增强作用，尽管由于纳米粒子聚集导致的链运动受限，拉伸延伸率有所下降。氧气透过率降低，而水蒸气透过率略有增加，形成了平衡的气体-水分阻隔层。这些薄膜对金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌、蜡样芽孢杆菌、大肠杆菌和黄曲霉表现出广谱抗菌效果。尽管这些多功能性能令人鼓舞，但实际食品中的验证、生物降解动力学和毒性评估对于将其转化为可行的环保包装解决方案仍然至关重要（Khalil等人，2025年）。

Moldovan等人（2025年）利用天然和金属添加剂的复合功能，制备了含有0.5-1.5 wt%葡萄渣和2-8 wt%铜纳米颗粒的PLA复合材料，通过熔融混合技术实现了灵活性的提升和机械强度的增强。DSC分析显示玻璃化转变温度和冷结晶温度降低，表明链运动性和成核作用增强；TGA分析则显示由于铜的催化降解作用，热稳定性略有下降。尽管如此，葡萄渣提高了延伸率和柔韧性，铜纳米颗粒通过有效的应力传递增强了拉伸和弯曲强度，并保持了均匀的纳米粒子分布。然而，由于缺乏实际食品中的验证、迁移性、细胞毒性和生物降解性的评估，这些改进的实际应用受到限制。未来的工作需要开展存储性能研究、环境降解评估以及生态毒性评估，以推进可扩展的可持续包装的发展（Moldovan等人，2025年）。

Norozi等人（2025年）致力于开发具有改进阻隔性和机械性能的多功能主动包装，制备了一种双层薄膜，该薄膜由经过冷等离子处理的PLA和壳聚糖涂层与zein纳米颗粒组成。10 kV的等离子处理提高了PLA表面的亲水性和粗糙度，增强了层间的粘附力，使得拉伸强度达到21.7 MPa且不会分层。Zein纳米颗粒通过静电相互作用和填充效应进一步增强了拉伸性能，并将水蒸气透过率降低了27%，同时提高了热稳定性。虽然这些薄膜对金黄色葡萄球菌表现出抗菌效果，但对革兰氏阴性大肠杆菌没有效果。尽管如此，由于缺乏实际食品中的验证、迁移性和细胞毒性评估，这些改进的实际应用仍受限。未来的工作需要开展现场包装试验和全面的安全性评估，以实现可扩展的工业应用（Norozi等人，2025年）。

Abd El-Aziz等人（2025年）利用纳米纤维素和金属氧化物的协同效应，通过溶剂浇铸法在纸上制备了CNC/PLA/MnO2生物纳米复合涂层，实现了机械性能、阻隔性和抗菌性能的提升。均匀分布的纳米粒子改善了热稳定性，将拉伸强度从未涂层的25 MPa提高到了2 wt% MnO2时的61.8 MPa。水蒸气透过率显著下降（从890降至145克/平方米·天），而氧气渗透率则有所上升，表明这种材料具有平衡的保护作用。此外，还观察到了广谱抗菌和抗真菌活性以及加速的土壤生物降解能力。尽管有这些优势，但由于缺乏实际食品验证、迁移性和细胞毒性研究，其实际应用受到限制，这突显了需要进行现场包装试验和全面的安全性评估，以实现可扩展的应用（El-Aziz等，2025年）。

2025年，Nithya等人引入了一种绿色多功能策略，通过溶液混合和浇铸技术，结合来自圣罗勒（Ocimum sanctum）叶提取物的银纳米颗粒（AgNPs），制备了PLA-壳聚糖生物纳米复合薄膜，并使用PEG 400作为增塑剂，从而创造出环保的、具有活性的食品包装材料。这些薄膜对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli）表现出显著增强的抗菌活性，这归因于AgNPs对微生物细胞壁和膜的破坏作用。机械测试显示PLA-壳聚糖的混合效果良好，且由于纳米颗粒的聚集作用，孔隙率较低；XRD分析表明加入AgNPs后结晶度提高。这类可生物降解的纳米复合材料有望延长食品保质期并减少微生物变质，支持可持续且无污染的包装解决方案。然而，缺乏实际食品测试、迁移性研究和细胞毒性评估限制了其实际应用，需要进一步验证其工业适用性和合规性（Nithya等，2025年）。

同年，Gupta等人开发了一种通过溶剂浇铸法，使用剑麻纤维的结晶纳米纤维素（CNC）和TiO2纳米颗粒增强的PLA薄膜，以解决机械强度和生物降解性问题。这种混合增强了复合材料的拉伸强度，在75% CNC-25% TiO2复合材料中提高了31.76%，这得益于界面结合和应力传递的改善。CNC作为成核剂提高了结晶度，而TiO2则增强了结构稳定性。随着CNC含量的增加，表面润湿性得到改善，但纳米颗粒的加入减少了脆性并降低了延展性。这些发现表明PLA-CNC-TiO2薄膜作为可持续包装材料具有潜力；不过，仍需进一步研究其阻隔性能、抗菌活性、生物降解性和安全性，以确认其工业应用价值（Gupta等，2025年）。

Zehra Durmus等人（2025年）制备了柔性抗菌PLA复合薄膜，该薄膜使用30份量的东方香脂树（Liquidambar orientalis）油进行增塑，并掺入了1-4份量的银纳米颗粒修饰的碳氮化物（Agg-C3N4）。这种涂层显著降低了玻璃化转变温度（从60°C降至43°C）和熔化温度，提高了链流动性、柔韧性和Agg-C3N4的分散性。对抗金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和鲍曼不动杆菌（A. baumannii）的抗菌试验显示出了优异的抑制效果，这可能是由于油的作用增强了协同效应。接触角和热分析表明，该涂层提高了亲水性。虽然这些薄膜在环保食品包装方面显示出良好的抗菌性能和生物降解性，但还需要进行迁移性、细胞毒性和实际食品测试，以完成工业和法规验证（Durmus等，2025年）。

表11总结了经过添加剂改性的PLA系统在机械性能、阻隔性能和热性能方面的改进。

**表11. 经过添加剂改性的PLA系统及其性能提升**
| 聚合物系统 | 活性成分 | 机械强度 | 阻隔性能 | 热稳定性 | 保质期 | 参考文献 |
|-----------------|-------------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|
| PLA/木质素纳米复合薄膜 | 木质素纳米颗粒 | 60-65 MPa | EAB: 4.5% → 2.5% | 未报告 | Tonset: 293 → 286-295°C; Tmax: 345 → 332-342°C; Tg: 55-59°C; Tm: 168-169°C; | Cavallo等, 2020 |
| PLA + EBDMH-SiO2纳米复合薄膜 | N-哈尔胺 | 未报告 | 未报告 | Tonset: 未变化; Tg: 60.9 → 56.7°C | 未报告 | Zhao等, 2020 |
| PLA + CNF/AgNPs复合薄膜 | AgNPs在CNF上 | TS: 26.4 → 34.3 MPa (↑30%); EAB: 2.76 → 5.16% | 氧气渗透率：O2 39.2 → 49.0 (↑25%); N2 156 → 183 (↑17%); CO2 0.30 → 0.34 (↑13%); WCA: 72.9° → 56.9° | Szymańska-Chargot等, 2020 |
| PLA薄膜 | 百里香提取物（TE）、丁香提取物（CE）、百里酚（T）、丁香酚（E） | T50: 361 → 343°C | 未报告 | 未报告 | Masek等, 2021 |
| PLA/CNCfs静电纺纳米纤维膜 | 纤维素纳米晶体（CNCfs） | TS: 2.3 → 3.0 MPa (↑30%); EAB: 28 → 116% (↑314%) | WCA: 129.3° → 0° | WVTR: 0.046 → 3.612 kg·m-2·h-1 (↑78.5 ×) | Shen等, 2021 |
| PLA/壳聚糖涂层薄膜 | 壳聚糖 | 未报告 | WCA: 79.2° → 38° | 未报告 | Gomes等, 2021 |
| PLA/MWCNT纳米复合薄膜 | MWCNTs | TS: 28 → 37.5 MPa | T0: 273°C (稳定至270°C); Tm: 153°C; Tg: 57.5°C | 未报告 | Vidakis等, 2021 |
| PLA/ZnO静电纺纳米纤维膜 | ZnO纳米颗粒 | TS: 4.41 → 6.85 MPa (↑55% at 0.5% ZnO); | EAB: 104.7 → 74.9% (↓28% at 0.5% ZnO) | UV T280: 0.82% → 0.22% (↓73% at 1% ZnO); 溶解度: 4.3 → 8.0% (↑); 膨胀: 33 → 112% (↑) | Zhang等, 2021 |
| PLA/TixSiy纳米复合薄膜 | TixSiy混合氧化物 | TS: 33.9 → 35.6 MPa (↑5% at 3% Ti70Si30); | EAB: 19.6 → 58.4% (↑198% at 3% TiO2SiO2) | WVTR: 0.316 → 1.023 (↑224% at 3% Ti70Si30); UV阻挡: 100% UV-C at ≥3% Ti70Si30; 透明度 1.16 → 6.33 | Teamsinsungvon等, 2022 |
| PLA/CMCS/ZnO多层涂层纸板 | ZnO NPs | OTR: 986 → 406 (↓59%); WVTR: 438 → 12 (↓97%); HVTR: 1567 → 72 (↓95%) | 未报告 | Wang等, 2022 |
| PLA/PEG薄膜 | 四级铵盐 | TS: 42 → 46 MPa (↑10% at PLA/5/P1); | EAB: 4.5 → 7.0% (↑56%); | WVP: 5.24 → 5.86 × 10-13 | Tg: 43.6 → 39.0°C (↓4.6°C at PLA/25/P1); Tmax: 362 → 351°C | Song等, 2022 |
| PLA/ATx-Ag-CNC复合薄膜 | Ag纳米颗粒 | TS: 59.6 → 36.7 MPa (↓38%); | EAB: 9.3 → 164.5% (↑1667% at 1% AT10) | Tg: 58-60 → 60-65°C; | Tm: 160-166°C; | Tonset: ～290°C (稳定) | Aynali等, 2023 |
| PLA/CNC/rGO纳米复合薄膜 | rGO + CNC | WCA: 100° → 69° | Tonset: 323.6 → 328.9°C (↑5.3°C); | Tmax: 351.3 → 359.4°C (↑8.1°C); Tg: 65.3 → 56.8°C (↓) | Verma等, 2023 |
| PLA/EVA/三醋酸甘油酯薄膜 | 三醋酸甘油酯 | TS: 45 → 21.3 MPa (↓53% at 15% TRI); | EAB: 10 → 280% | Tonset: 331 → 337°C (↑6°C at 20% TRI); Tg: 60 → 31°C (↓29°C at 20% TRI) | Johar等, 2023 |
| PLA/PEG + NGF复合薄膜 | 无 | TS: 37.2 → 27.1 MPa (↓27%); | EAB: 226 → 4.6% (↓98%) | 未报告 | Vosough Kia等, 2024 |
| PLA/GMS纳米复合薄膜 | TS: 26 → 47 MPa (↑80% at 0.1%); | EAB: 3.2 → 5.6% (↑75% at 1%); | Tonset: 317 → 283°C (↓34°C at 0.5%); | Tg: 62° | （注：原文此处数据缺失） |
| PLA/TPU纳米复合薄膜 | 姜黄素修饰的纳米钻石（ND-Cur） | TS: 26.9 → 45.6 MPa (↑70% at 1.5% ND-Cur); | EAB: 136.6 → 124.8% | WCA: 91.1° → 110.9° | 未报告 | Zhang等, 2024 |
| PLA/恩塞特纤维（EFs） | ZnO纳米颗粒 | TS: Neat PLA ～14.5 → 最大26.5 (25% EF+5% ZnO) → 最优23.5 | 未报告 | PLA（Tg: 55-60°C, Tm: 150-170°C）; EFs（热稳定性：260-263°C） | Dejene等, 2024 |
| PLA/纳米纤维素复合薄膜 | 精油（百里香、肉桂、丁香、迷迭香） | 未报告 | 未报告 | 未报告 | Cheran等, 2024 |
| PLA/CuO-TiO2生物纳米复合薄膜 | TiO2 NPs + CuO-TiO2 | TS: PLA 45.3 → PLA/TiO2 49.5 → PLA/CuO-TiO2 (1%) 51.9 → (3%) 60.5 → (5%) 65.2; | EAB (%): 5.6 → 3.2 → 2.8 → 2.1 → 1.8 | WVTR: 增加至125 → 165 (↑32% at 5% CuO-TiO2); OTR: 降低至850 → 450 (↓47% at 5% CuO-TiO2) | Khalil等, 2025 |
| PLA复合薄膜（含葡萄渣） | 葡萄渣和Cu颗粒 | 未报告 | 未报告 | 未报告 | Moldovan等, 2025 |
| PLA/壳聚糖双层复合薄膜 | 酶解玉米淀粉纳米颗粒 | TS: Chitosan 5.3 → Chit/Z-NPs 15% 11.6 (↑117%); PLA 15.5 → CP-PLA 28.3 (↑83%); | 双层 21.7; EAB (%): Chitosan 24.2 → 29.9 (↑24%); | WVP (× 10-7): Chitosan 3.25 → Chit/Z-NPs 2.37 (↓27%); PLA 0.60 → CP-PLA 1.94 (↑223%); | WCA: PLA 97.8° → CP-PLA 39.5° (↓60°); Chit/Z-NPs 77.8° | Norozi等, 2025 |
| CNCs/PLA/MnO2涂层纸 | PSH 25 → CNCs/PLA@2% MnO2 61.8 (↑147% | WVTR (g/m2·d): PSH 890 → CNCs/PLA@3% MnO2 145 (↓84%); OTR (g/m2·d): PSH 2.84 → CNCs/PLA@3% MnO2 5.23 (↑84% | 未报告 | 127 |
| PLA/壳聚糖纳米复合薄膜 | Ag纳米颗粒 | 未报告 | 未报告 | 未报告 | Nithya等, 2025 |
| PLA/CNC/TiO2混合纳米复合薄膜 | TiO?纳米颗粒 | TS: PLA 1.70 → PLA/CNC 1% 1.86 (↑9.4%); Hybrid C75T25 2.24 (↑31.8% vs PLA); | EAB (%): PLA 5.27 → composites 1.32-2.78 (↓) | WCA (°): PLA 84.9 → composites 59.5-83.5 | Gupta等, 2025 |
| PLA纳米复合薄膜 | Ag@g-C?N?（Ag纳米颗粒 & 东方香脂树油） | WCA (°): PLA 75.0 → L30 92.1 (↑23%); composites 74.5-89.4° | Tg (°C): PLA 60.2 → L30 43.2 (↓17°C); L30-Ag1 33.5, L30-Ag2 30.4, L30-Ag4 32.4, L0-Ag4 60.5; | Tm (°C): PLA ～170 → 增塑样品 ～155 (↓15°C) | Durmus等, 2025 |

**6. 智能包装技术**
将UV介导的溴化和SI-ATRP接枝聚（四级铵甲基丙烯酸盐）（QMA）刷层整合到PLA表面，创建了一个多功能抗菌平台，结合了强大的细菌灭活能力和细胞相容性，适用于包装和生物医学应用。2022年，Pranav等人制备了带有UV溴化表面的PLA薄膜，并接枝了QMA刷层，在4小时内使大肠杆菌的存活率降低了1000倍（从6.4 × 106 CFU/cm2降至0），同时保持了短期HeLa细胞接触中的低细胞毒性。与三级铵取代的PLA相比，QMA刷层结构表现出更优异的抗菌效果，显示其在活性包装和生物医学设备中的潜力。然而，仍存在一些挑战，如抗菌范围有限、长期细胞毒性和生物相容性未知、在应力下的稳定性和表面耐久性不明确，以及SI-ATRP接枝的可扩展性未得到验证。未来的研究应探索替代聚合物刷层，进行生物相容性测试，提高表面韧性，并应用环保的可扩展功能（K此外，将农业废弃物用作低成本、环保的增强材料，探索酶辅助回收和化学升级方法，以及从实验室规模技术向大规模加工方法的转变，都是重要的进展步骤。必须进行全面的迁移研究和毒理学评估，以确保符合食品接触法规的要求，同时标准化堆肥基础设施和生命周期评估将评估PLA的生物降解性和环境影响。应研究添加协同抗菌剂、响应刺激的材料和混合复合材料，以增强其多功能性。基于PLA的纳米复合材料通过结合可持续性和先进功能，在食品包装领域具有巨大潜力；然而，研究工作者、行业和政策制定者之间的跨学科合作对于克服现有限制并推动商业化至关重要。通过优先考虑可扩展生产、合规性以及循环经济原则，PLA可以从一种有前景的生物塑料转变为一种主流的环保包装解决方案，为更绿色、更智能的食品行业铺平道路。本综述强调了在材料科学、加工技术和环境安全评估方面持续创新的必要性，以充分发挥PLA在可持续食品包装中的作用。未来的进展不仅应致力于性能提升，还应确保经济可行性和生态效益，最终实现零废物包装生态系统。

作者贡献：
Sakshi Jasrotia：概念设计、方法学、数据管理、原始稿撰写和可视化。
Sonali Gupta：方法学、原始稿撰写和可视化。
Anna Baborski：数据管理、原始稿撰写。
Yashoda Malgar Puttaiahgowda：撰写、审稿编辑、监督和项目管理。

利益冲突：
作者声明没有利益冲突。

数据和代码可用性：
数据将在 corresponding author 的请求下提供。

伦理批准：
本研究未涉及动物实验，符合伦理指南。

伦理声明：
本研究未涉及人类参与者或动物实验对象，因此无需伦理批准和知情同意。所有研究程序均符合机构和国际伦理指南。

补充信息：
不适用。

CRediT 作者贡献声明：
Sakshi Jasrotia：撰写——原始稿、可视化、方法学、数据管理、概念设计。
Sonali Gupta：撰写——原始稿、方法学。
Yashoda Malgar Puttaiahgowda：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理。
Anna Baborski：撰写——原始稿、数据管理。