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生物纳米材料用于食品包装中的应用 ：
各种生物高分子及纳米填料
西蒂哈吉尔 · 奥斯曼
过程与食品工程系，工程系，马来西亚博特拉大学，43400芬欧汇川沙登，雪兰莪州，马来西亚
摘要
大多数用于食品包装的材料是不可降解的材料，不符合社会的可持续发展和环境安全的需求不断增加。因此，许多的生物聚合物已开发利用开发可生物降解的食品包装材料。然而，它们的使用受到了较差的机械性能和阻隔性能有限。这些属性可以可以通过添加增强纳米化合物或填料形成复合材料增强。本文综述了生物聚合物的品种类型和纳米填料用于形成生物纳米复合材料。
关键字 ︰ 纳米复合生物聚合物; 纳米填料; 食品包装
1.介绍
至目前为止，生产和使用的非生物降解材料或塑料食品包装材料有显着增加。这些类型的材料通常来自石油产品和废物处置。为满足日益增长的可持续性和环境安全的需求，越来越多的调查已被用于食品包装材料，能迅速降解和完全矿化环境的发展。生物聚合物是有利的选择，有待开发和发展成为生态友好的食品包装材料之一，由于其生物降解性。用于食品包装材料生产的生物聚合物可以被处理成生物废物收集进一步的创作，留下的有机副产物如二氧化碳（CO2）和水（H2O）。
不幸的是，使用的生物聚合物作为食品包装材料的缺点是较差的机械、热和阻隔性能比传统的非生物降解材料由石油制成。由于这个原因，许多研究努力提高生物聚合物的性能。这包括复合概念的使用（Abdollahi et al.，2012；arfat等人。，2014；Di Maio等人，2013；kanmani，Rhim，2014；nafchi et al.，2013；Reddy和Rhim，2014；sadeqh该和穆罕默迪nafchi，2014；sanuja et al.，2014；trovatti et al，2012）。从研究ES完成，建立了以提高纳米复合材料的力学性能的生物聚合物和障碍的一种有效途径。生物纳米复合材料是一种多相材料，由两种或两种以上成分TS是连续相或矩阵特别是生物聚合物和间断nanodimensional相或纳米填料（小于100 nm）。纳米填料发挥结构的作用，可以作为控制实施以提高基体的力学性能和阻隔性能。矩阵的张力是通过它们之间的边界转移到纳米（arfat et al.，2014；阿泽雷et al.，2011；kanmani，Rhim，2014；trovatti et al，2012）。
纳米填料如玻璃，掺入粘土，和二氧化钛（TiO2）的生物聚合物不仅可改善聚合物的力学性能还提供其他功能和屏障食品包装如抗菌剂，生物传感器的NS和应用，和氧清除剂（阿泽雷，2009；阿泽雷et al.，2011，Rhim et al.，2013）。的生物纳米复合材料可以是一个活跃的食物食品包装，食品包装，可以通过释放有益的化合物，如抗菌剂，抗氧化剂，或消除一些不利的元素，在某些方面与食品互动如氧气或水蒸汽。生物纳米也可以智能食品包装，藉以它能察觉的包装食品微生物污染或者失效日期等属性和使用某种机制来登记和传递信息的质量或安全的食品 （阿泽 et al.，2011年）。
食品包装材料的发展，不仅要减少环境问题，而且要提高食品包装材料的功能。本文综述了几种类型的生物聚合物和利用，形成生物纳米材料的纳米级填料。对生物 nancomposite 材料的特性与性能的新结果还进行了讨论。
2.生物聚合物
高分子聚合物组成，共价结合的单体单元，形成链状分子。前缀是指生物聚合物的生物降解。因此，生物大分子有通过自然产生的有机物，如二氧化碳和水，对环境安全产生降解或分解的能力。由石油制成的生物大分子又被视为替代材料塑料因为它们是可生物降解，可再生能源和丰富的（刘，et al.，2005；Muratore et al.，2005）。
此前，在食品包装的应用中，最常见的生物聚合物的类型例如淀粉、天然高分子纤维素、壳聚糖和琼脂，这些是来自碳水化合物以及明胶，面筋，海藻酸钠，乳清蛋白和胶原蛋白，这是来自蛋白质。如今，技术的出现导致了合成biopoloymers包括聚乳酸的形成ID（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚乙醇酸（PGA）、聚乙烯醇（PVA）、和聚丁二酸丁二醇酯（Rhim et al.，2013）。合成聚合物创建一个可持续的产业，以及在各种性能，如耐用性，灵活性，高光泽，清晰度，和拉伸强度增强。
根据原始的生物聚合物生物聚合物可以分为四个小组，其中包括 从生物量 （例如农产资源） 中提取的天然生物聚合物、 合成高聚物材料的微生物生产或发酵 （如多羟基-羧酸 (PHA)）、 从生物量 (例如 PLA) 合成的常规和化学合成生物大分子和合成生物大分子，常规和化学合成从石油产品 (如 PCL)。前三组取自可再生资源，而最后一组来自石油。图 1 代表的生物聚合物，用于食品包装应用的类别。
明胶
谷蛋白
海藻酸
蛋白粉
胶原
传统化学合成
生物聚合物
自然的
人造的
碳水化合物
蛋白质
微生物生产发酵
纤维素
淀粉
几丁聚糖
琼脂
卡拉胶
PHA
PHB
PHBV
生物质
石油
PLA
PCL
PVA
PGA
图1聚合物的种类（改编自Kfoury et al.，2013；Rhim et al.，2013）
在生物聚合物，最常见的类型进行了研究，生产用于食品包装的应用淀粉及其衍生物的生物纳米复合材料（Heydari et al.，2013；nafchi等人。，2014；潘等；2013；汤等。2008）。淀粉及其衍生物通常食用，因此他们作为食品包装材料的安全。研究表明，淀粉是完全降解，可以的促进生物降解生物降解材料混合时，非。然而，淀粉具有较低的机械性能可与添加剂如增塑剂、纳米填料的改进（索伦蒂诺等铝，2007）。
其他生物大分子的研究包括纤维素如醋酸纤维素，羧甲基纤维素（CMC）、羟丙基甲基纤维素（HPMC）和（布鲁纳et al.，2014；乔治et al.，2014；该等。，2013）、壳聚糖（佩雷德et al.，2014；Tripathi et al.，2014），琼脂（kanmani，Rhim，2014；Rhim，2011，Rhim等人。2011，Rhim et al.，2013；）、明胶（kanmani，Rhim，2014；nafchi et al.，2013；柔嗨，2013）、面筋（rafieian等人。2014）、海藻酸钠（Abdollahi et al.，2013），和合成生物聚合物如聚乳酸（康特et al.，2013；Di Maio等人，2013；尔达Beneyto et al.，2014），PHA（博兹ET al，2009），和聚己内酯（gorrasi et al.，2004）。
最常见的合成聚合物，已被研究到今天是中国人民解放军。解放军产于从植物资源中的碳水化合物发酵产生的乳酸如甜菜和玉米（索伦蒂诺等，2007）。中国人民解放军之间的优势包括可生物降解（乐天et al.，2013）和中国人民解放军的寿命可以相应调整。
然而，一些使用生物聚合物作为食品包装材料与传统的非生物降解材料尤其是从石油包括差的机械缺陷（E低拉伸强度）和阻隔性能（如高透水性）。生物聚合物一般是脆的，较低的热变形温度、低阻力延长过程操作生理盐水。例如，使用最有利的合成高分子，聚乳酸，作为食品包装材料具有较低的性能（索伦蒂诺等，2007）由于热变形温度较低，电阻低如极端的温度和湿度，和较低的灵活性。
然而，权衡使用生物聚合物包装材料的优点，特别是满足在可持续发展和环境安全的社会需求，许多研究已经直接对用于食品包装的生物聚合物的改进。生物纳米复合材料已经成为提高机械性能的聚合物和障碍的一种有效途径。
3.纳米填料
在纳米级的水平，纳米相或填料的大小明显减少，导致填料的表面面积急剧增加。这是因为生物纳米复合材料的理想关系Y对纳米填料，结果高表面积大的界面或边界矩阵或生物聚合物和纳米填料之间的区域。大的界面使修改分子的流动性，除了机械，热弛豫行为，以及生物纳米复合材料的阻隔性能（阿泽雷et al.，2011）。特别是食品包装应用，生物呐nocomposite材料通常设计不得不忍受在食品加工、机械应力和热应力的能力，运输和储存（Rhim et al.，2013）。
许多类型的纳米填料（小于100 nm）已被用来提高聚合物的性能。这是常用的食品包装应用的纳米填料可分化为几个类型包括纳米颗粒、纳米纤维、碳纳米管、纳米棒、。为了我们所知，没有研究已经做了比较的生物纳米复合材料的性能从不同分类制备纳米填料。研究人员使用不同类型的填料和聚合物生产生物纳米复合材料，研究不同性质的公关介绍了生物纳米复合材料，使基于文学比较困难。例如，kanmani等人。（2014）研究了抗菌复合膜的理化性质进行从凝胶和纳米银，rafieian等人。（2014）研究了热机械和形态学特性的生物纳米复合薄膜制成的小麦面筋蛋白和纤维素nanofibri矩阵LS在rouhi等人。（2013）研究了由氧化锌（氧化锌）纳米棒制成的鱼明胶制成的生物纳米复合薄膜的物理性质。
纳米填料可以是有机或无机材料如粘土（如蒙脱土（MMT）），天然生物高分子（如壳聚糖），天然抗菌剂（如乳酸链球菌素）、金属（如银），和金属氧化物（如二氧化钛）。表1代表的一些已被研究用于食品包装的纳米填料。
表1 一些已经被研究了食品包装应用的纳米填料
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分类 |
纳米填料的类型 |
示例 |
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有机 |
粘土 |
MMT （例如平托等人，2014年） |
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Cloisite Na （例如李 et al.，2014;拉希姆等人，2011 年;Shin et al.，2014年） |
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Cloisite 30B （如 Kanmani 和林物产，2014;拉希姆等人，2011 年;Shin et al.，2014年） |
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Cloisite 20A （如林物产 et al.，2011 年;Shin et al.，2014年） |
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Cloisite 10A （例如李等人，2014年） |
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天然生物聚合物 |
壳聚糖 （例如马尔泰利等人，2013年） |
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纤维素 （如 Shakeri 和 Radmanesh，2014年） |
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天然的抗菌剂 |
乳酸链球菌素 （例如伊姆兰 et al.，2012年） |
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无机 |
金属 |
银 （例如优素福等人，2014年） |
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铜 （例如康特 et al.，2013年） |
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金 （例如优素福等人，2014年） |
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金属氧化物 |
氧化锌 （例如 Kanmani 和林物产，2014年） |
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TiO 2 （例如朱 et al.，2012年） |
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