二维材料在食品包装中的应用

Yu等在南京工业大学的一篇文章(Trends in Food Science & Technology 2021，)中总结了二维材料应用的最新进展。

二维材料具有层状结构，其厚度仅为单个或少量原子;然而，它们的横向尺寸可以超过100纳米。它们是有效的纳米材料，因为它们的尺寸不超过100纳米，因此它们具有独特的特性，影响它们的物理、化学和生物性能。

在食品包装领域，这些新材料提供了开发新功能材料的令人兴奋的机会，可作为主动和智能包装。实际上，纳米材料的特征在于大的比表面积，高机械性能，高阻隔性，良好的热稳定性，高界面粘附，高抗氧化和抗菌活性。

纳米材料的所有这些特性都非常适合活性包装所要求的特性，活性包装被定义为“在包装材料或包装顶空间中或在包装材料上包含附属成分的包装，以增强包装系统的性能。”

除此之外,纳米材料的性质也适合智能包装的生产,拥有先进的功能在识别和沟通方面,如提供动态信息实时质量食品的消费者,减肥,pH-indicators,时间——温度指标,气体传感器，智能标签和射频传感器(RFID)。

事实上，纳米材料已经用作比色指示器和生物传感器。已经用于食品包装的二维纳米材料包括纳米纤维素，金属纳米颗粒和碳纳米管。二维材料的家族保持生长，并且石墨烯，一些氮化物（石墨碳或六边形硼），过渡金属（二硫代甲基化物，碳化物和氮化物），最后已经广泛研究了层状的双氢氧化物。

石墨烯.

对于食品包装最多的二维材料是石墨烯，由碳原子的单层具有厚度的单层。由于其结构，石墨烯具有上述纳米材料的所有性质，特别是非常高的机械性能，具有杨氏模量的约。1TPA，断裂强度约为。125 GPA，突破的理论伸长率约为。125 GPA，弹性模量约。1 TPA，这意味着它可以拉伸高达20％的长度。

除此之外，石墨烯还提供高透明度，高防水性，高导热性，最终是强烈的抗菌活性，因为它可能渗透细胞膜和摘要大量的磷脂。图石墨烯2004年的发现引发了多种扇区中二维材料的兴奋，特别是在食品包装中。

例如，在功能材料领域中，石墨烯用于构建防腐剂或为智能包装制造新设备。石墨烯可以与聚合物偶联，以增强它们的屏障，热，抗菌和机械性能。其中，气体阻隔性尤为重要，因为它们使用石墨烯代替普通的金属化薄膜，其众所周知的薄膜难以回收和整合到循环经济中。

EVOH和PVA.

最近的研究表明，石墨烯及其衍生物能够增强食品包装材料的屏障性能，如1)乙烯-共乙烯醇(EVOH)和2)聚乙烯醇(PVA)，如下所述。

1) EVOH具有良好的氧障和机械强度，因此在食品包装中得到了广泛的应用。但EVOC的防潮性能较差。通过将其与石墨烯结合在一种MTAC-rGO/EVOH多层膜中，该膜包含EVOH、还原氧化石墨烯(rGO)和MTAC(一种通常用于聚合物生产的中间体)，解决了这个问题。还原氧化石墨烯(rGO)在所有方面都是石墨烯，但它是由氧化石墨烯制备的，而且可以大规模进行。

在EVOH中纳入RGO允许开发多层薄膜。这种成立延长了水分分子需要通过的路径超越材料。这需要一个良好的水分阻隔性（0.019 g m^－2S.^－1atm^－1)，在相对湿度99%和良好的氧阻隔性能(0.07 cm^3.M.^－2D.^－1atm^－1）。此外，该材料显示出比裸EVOH更高的机械性能;杨氏模量和拉伸强度分别为190％和30％。

该复合薄膜还表现出良好的抗菌活性和对Hela细胞的低细胞毒性。事实证明，PLA-RGO薄膜显着延长了食用油和薯片的保质期。

2)在聚乙烯醇(PVA)中加入0.3 wt%或2.0 wt%氧化石墨烯(GO)，不仅提高了PVA的力学性能，而且改善了其阻挡性能。特别是，由于添加0.3 wt%和2.0 wt% GO，氧透性降低了36%和76%。PVA-GO膜具有较低的透氧性，对香蕉的成熟有较好的延缓作用，但当氧气水平降低时，透氧性显著降低。

总之，越来越多的研究已经证明了食品包装中二维材料的多功能性。但是，这些材料的潜力仍未完全探索。对于最多报道的石墨烯及其衍生物，仍然存在一些方面在商业上可行之前进行研究，例如成本，消费者的接受，迁移行为，包括毒理学和生态毒理学的概念。

引用:Yu等人，食品科技趋势110,2021,443-457。