智能和可持续的食品包装防止有害微生物进入

一组科学家已经开发出一种“智能”食品包装材料，这种材料可以生物降解、可持续发展，并能杀死对人类有害的微生物。它还可以将新鲜水果的货架期延长两到三天。

　　

这种防水食品包装由一种叫做玉米醇溶蛋白的玉米蛋白、淀粉和其他天然生物聚合物制成，并注入一种天然抗菌化合物混合物。其中包括百里香油，一种烹饪中常用的草本植物，以及柠檬酸，它通常存在于柑橘类水果中。

在实验室实验中，当暴露于湿度增加或有害细菌产生的酶时，包装中的纤维被证明会释放出天然的抗菌化合物，杀死污染食物的常见危险细菌，如大肠杆菌和李斯特菌，以及真菌。

该包装的设计是为了释放必要的微量抗菌化合物的反应额外的湿度或细菌的存在。这确保了包装可以承受多次曝光，并持续数月。

由于这种化合物可以对抗任何生长在包装表面和食品本身表面的细菌，因此它有可能被用于多种产品，包括即食食品、生肉、水果和蔬菜。

在一项实验中，用外包装包装的草莓在发霉前可以保持新鲜7天，而用主流水果塑料盒包装的草莓只能保持新鲜4天。

这项发明是由南洋理工大学和哈佛大学陈冯富珍公共卫生学院可持续纳米技术项目(南洋理工大学-哈佛大学SusNano)的科学家合作的结果，该项目将南洋理工大学和哈佛大学陈冯富珍学院的研究人员聚集在一起，致力于农业和食品领域的前沿应用。重点发展无毒、环保的纳米材料。

这种先进的食品包装材料的开发是南洋理工大学努力促进可持续食品技术解决方案的一部分，这与南洋理工大学2025战略计划相一致，该计划旨在开发可持续的解决方案，以应对人类面临的一些紧迫的重大挑战。

主任陈教授玛丽南大的抗菌生物工程中心,该项目,表示:“这项发明将成为一个更好的选择对于包装在食品行业,因为它显示了优越的抗菌特性在与无数的食物可能对人体健康有害的细菌和真菌。该包装可适用于各种产品，如鱼、肉、蔬菜、水果等。只有在存在细菌或高湿度时才明智地释放抗菌素，只有在需要时才提供保护，从而最大限度地减少化学品的使用，并保留包装食品的天然成分。”

Philip Demokritou教授，哈佛大学陈商学院环境健康副教授，纳米技术和纳米毒理学中心主任，南大哈佛大学可持续纳米技术项目联合主任，他共同领导了这项研究，他说:“食品安全和浪费已经成为我们这个时代的重大社会挑战，对公共卫生和经济造成巨大影响，危及食品安全。开发高效、可生物降解、无毒的食品包装材料是提高食品安全、减少食品腐败和浪费的最有效途径之一。在这项研究中，我们使用了自然衍生的化合物，包括生物聚合物、无毒溶剂、,自然抗菌素和发展可伸缩的系统合成智能抗菌材料可以使用不仅增强食品安全和质量,而且消除环境和健康的危害和减少使用不可降解塑料在全球水平和促进可持续农业系统。”

新加坡城市屋顶农场的先驱公司ComCrop的首席执行官Peter Barber先生对南洋理工大学研究团队的工作进行了独立评估，他说:“对于像我们这样希望减少塑料使用、拥抱更环保替代品的公司来说，南洋理工大学-哈佛大学陈冯富珍学院的食品包装材料将成为一种可持续的解决方案。”随着ComCrop公司提高产品产量以提高新加坡的食品生产能力，我们需要的包装数量将同步增加，而转换到这样的材料将帮助我们产生双倍的影响。这种包装的抗菌特性可能会延长蔬菜的保质期，这对我们很有帮助。这种包装材料对整个行业来说是有希望的，我们期待着了解更多关于包装的知识，并有可能在某一天将其应用到我们的使用中。”

这项研究的结果于10月发表在同行评议的学术期刊《ACS应用材料与界面》上。

减少包装浪费

包装行业是从化石燃料中提取的合成塑料的最大且不断增长的消费者，食品包装塑料占污染环境的塑料垃圾的大部分。

在新加坡，包装是一个主要的垃圾来源，新加坡国家环境署的数据显示，2018年，在国内处理的176万吨垃圾中，有三分之一是包装垃圾，其中超过一半(55%)是塑料垃圾。

这种智能食品包装材料，当规模扩大时，可以作为一种替代选择，以减少塑料垃圾的数量，因为它是生物可降解的。它的主要成分，玉米蛋白，也是从玉米蛋白粉中产生的，这是一种利用玉米淀粉或油来生产乙醇的副产品。

该食品包装材料是通过静电纺丝[1]玉米醇溶蛋白(一种抗菌化合物)和纤维素(一种构成植物细胞壁的天然聚合物淀粉)以及醋中常见的乙酸来生产的。

陈冯富珍教授补充说:“可持续及可生物降解的活性食品包装，内置技术可防止细菌和真菌的滋生，对食品工业非常重要。”它可以作为一种对环境友好的替代品，取代商业食品包装中使用的基于石油的聚合物，比如塑料，这些聚合物对环境有显著的负面影响。”

Demokritou教授补充说:“由于食品供应的全球化，以及人们对更健康的生活方式和环保食品包装的态度转变，有必要开发可生物降解、无毒和智能/响应性材料，以提高食品安全和质量。”可扩展的合成平台的开发，用于开发由自然衍生的、生物可降解的生物聚合物和自然激发的抗菌剂组成的食品包装材料，以及刺激引发的方法，将满足社会减少食品浪费、提高食品安全和质量的新需求。”

南洋理工大学和哈佛大学陈冯富珍学院的研究团队希望与工业合作伙伴扩大他们的技术，并在未来几年内实现商业化。

他们目前还在开发其他技术，以开发基于生物聚合物的智能食品包装材料，以提高食品安全和质量。

[1]静电纺丝是一种工业方法，利用电力将聚合物溶液的带电螺纹拉入管中来生产纤维。

Journal Reference:

1. Zeynep Aytac, Jie Xu, Suresh Kumar Raman Pillai, Brian D. Eitzer, Tao Xu, Nachiket Vaze, Kee Woei Ng, Jason C. White, Mary B. Chan-Park, Yaguang Luo, Philip Demokritou. Enzyme- and Relative Humidity-Responsive Antimicrobial Fibers for Active Food Packaging. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021; 13 (42): 50298 DOI: 10.1021/acsami.1c12319/12/211229084253.htm (accessed December 30, 2021).