《International Journal of Biological Macromolecules》：Multifunctional roles of ascorbic acid in biopolymer food packaging: From performance tuning to shelf life extension: A review
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抗坏血酸（AA）作为多功能添加剂，在提升生物聚合物基食品包装薄膜的机械性能、抗氧化及抑菌功能方面展现显著潜力。其通过抗氧化、交联/塑化、氧吸收及绿色纳米合成等多重机制改善包装性能，并采用封装技术增强稳定性与可控释放。AA增强的薄膜在果蔬保鲜、肉类抑菌及坚果抗氧化中有效延长保质期，但需解决其热氧敏感性导致的性能衰减问题。
王群毅|杨涛|Rhim Jong-Whan|Alamri Abdulhakeem S.|Alhomrani Majid|张万利|苏振宇
中国海南省海口市海南医学院基础医学院教育部热带转化医学重点实验室，571199
摘要
基于石油的塑料包装对食品安全和环境构成威胁，这推动了向可生物降解生物聚合物的转变——然而，这些生物聚合物较差的机械性能和阻隔性能限制了其应用。抗坏血酸（AA）作为一种天然、安全且低成本的添加剂，成为基于生物聚合物的食品包装的多功能解决方案。本文总结了AA的作用：作为抗氧化剂抑制脂质氧化和褐变；作为交联剂/增塑剂增强薄膜的机械强度和柔韧性；作为氧清除剂减少食品氧化；以及作为还原剂用于绿色纳米粒子的合成。通过包封（例如微胶囊、环糊精包合物）可以提高AA的稳定性并实现可控释放。用AA功能化薄膜和涂层已被证明可以提升基于生物聚合物的材料的整体性能，包括降低水蒸气渗透性和增强机械性能。此外，这类系统在各种食品保鲜应用中显示出巨大潜力；例如，它们可以延缓水果和蔬菜的腐败过程，抑制肉制品中挥发性碱性氮的积累，并减缓坚果类食品的脂质氧化，从而有效延长其保质期。挑战在于AA对热/氧的敏感性，这需要优化输送系统。AA填补了生物聚合物性能上的空白，并符合可持续包装的目标，为环保食品包装提供了工业潜力。
引言
由于价格实惠、机械强度高和优异的阻隔性能，基于石油的塑料被广泛用于食品包装材料[1]。然而，塑料包装材料通常含有合成添加剂，包括双酚A（BPA）[2]和丁基羟基甲苯（BHT）[3]，这些添加剂可能会迁移到食品中，影响食品安全和质量，并对消费者健康构成潜在风险[4],[5]。针对这些问题，人们对安全问题和环保包装材料的认识日益增强。特别是，天然来源的可生物降解生物聚合物已成为有前景的替代品。用于此目的的生物聚合物包括多糖（如纤维素、淀粉、壳聚糖（CS））和蛋白质（如小麦面筋、胶原蛋白、明胶（GEL）、乳清、酪蛋白和玉米蛋白）[6],[7],[8]。生物聚合物由线性、支链或交联的蛋白质、核苷酸、脂质或多糖链组成。它们是可生物降解的、可再生的，并且在自然界中大量存在[9]。生物聚合物已广泛应用于生物医学材料[10]、有害物质吸附剂[11]和创新食品包装系统[12]。因此，生物聚合物为传统的基于石油的塑料包装材料提供了一种可持续和环保的替代方案。
由于食品行业的新要求，研究基于生物聚合物的食品包装薄膜材料的需求日益增长。与传统塑料食品包装材料相比，基于生物聚合物的包装薄膜可以通过抗菌成分和生物活性物质抑制病原微生物，从而防止食品变质和劣化[13]。在食品保鲜领域，基于生物聚合物的材料主要有两种应用：可食用涂层和可食用薄膜。可食用涂层可以通过喷涂、浸涂或电喷雾方式在食品表面形成一层薄层，有效抑制水分流失、风味降解和氧气渗透[14]。可食用薄膜是薄膜状物质，可以附着在食品成分之间或表面以保持新鲜度[15]。然而，传统的基于生物聚合物的食品包装薄膜和可食用涂层存在阻隔性能低和加工性能差的问题[16]。因此，研究人员致力于寻找合适的添加剂来提升基于生物聚合物的食品包装薄膜和可食用涂层的性能，尤其是提高其抗氧化和抗菌性能。食品变质不仅会降低食品的新鲜度、感官质量和商业价值，还可能影响消费者健康[17]。抗菌剂常被添加到食品包装中以防止病原微生物的繁殖。食品行业还经常在食品包装中加入山梨酸钾和苯甲酸钠等防腐剂[18]。天然添加剂被广泛用于将抗菌剂加入食品包装薄膜中，因为化学添加剂对人体健康存在风险。在食品包装薄膜和可食用涂层中使用天然防腐剂（如抗菌剂和抗氧化剂）[19]是一种有效的替代方案，可以减少对化学添加剂的依赖。近年来，这种方法在环保食品保鲜领域受到了广泛关注。
在众多抗氧化剂中，抗坏血酸（AA）是食品中最常用的天然抗氧化剂之一。AA是一种水溶性维生素，在食品工业中广泛用作食品添加剂。它常被添加到食品成分中，既作为抗氧化剂也作为营养强化剂[20]。最近，AA被用作生物聚合物薄膜的功能成分，以提升其性能并提供额外的功能。含有AA的功能薄膜具有抗氧化、阻挡紫外线（UV）和抑制微生物生长的作用，使其成为各种食品的理想环保包装材料。通过将AA掺入生物聚合物基质中制备的功能涂层可用于蔬菜、水果、肉类和坚果等各种食品，有助于抑制褐变、保持食品质量和延长保质期。例如，将AA掺入壳聚糖基质中制备的抗氧化薄膜有效增强了薄膜的DPPH自由基清除和还原能力，显示出作为食品包装行业环保抗氧化材料的潜力[21]。在WPI基薄膜配方中添加AA作为增塑剂，显著提高了薄膜的断裂伸长率，并表现出优异的UV-可见光吸收性能，为易受UV诱导氧化的食品提供了新的可能性[22]。通过将AA和戊二醛掺入由聚乙烯醇（PVA）和羧甲基纤维素（CMC）组成的生物聚合物薄膜中，添加AA和戊二醛使得薄膜具有耐热性和生物降解性，同时具有抗菌活性，能有效抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长[23]。此外，将AA掺入应用于草莓表面的壳聚糖基可食用涂层中，可以形成稳定的保护层，防止病原体繁殖，有效抑制草莓变质并延长保质期[24]。
最近的综述系统总结了抗氧化活性包装系统、活性/可食用涂层和基于生物聚合物的包装材料[25],[26]。然而，这些研究主要关注抗氧化剂这一通用类别，缺乏对含有AA的生物聚合物包装和涂层系统的系统综合分析。特别是，对其对薄膜网络结构和物理性能的调控作用、不同掺入方法（如直接混合和包封）的比较分析，以及其在应用于水果、蔬菜和其他食品的涂层中的保鲜性能关注不足。因此，本文系统比较了不同的AA掺入策略及其对各种食品储存质量的影响，填补了现有文献的空白。
因此，AA可以作为改善可食用食品包装薄膜和涂层功能性的有用添加剂。然而，目前还没有全面的综述总结AA在可食用食品包装薄膜和涂层中的研究进展。因此，本文简要介绍了AA的特性，并重点总结了将其作为功能材料添加到基于生物聚合物的薄膜中对食品包装薄膜性能的影响。此外，本文还概述了AA作为抗氧化剂、交联剂和还原剂的功能，并总结了AA功能可食用涂层在各种食品保鲜中的应用。本文旨在提供关于含有AA的功能性可食用薄膜和涂层的最新研究进展的系统综述。综述的重点是它们的制备策略、功能性能和在采后保鲜中的应用。特别是，深入比较了不同掺入方法的优点和局限性，并提出了未来研究的方向。
方法论
本研究的数据来源于Web of Science。该数据库由Clarivate Analytics维护，广泛用于系统文献综述和文献计量分析。Web of Science收录了经过严格同行评审的高影响力学术期刊，具有标准化的引用索引系统和稳定的数据结构，有助于确保数据的准确性和可重复性。与开放获取的学术搜索相比
抗坏血酸化学
抗坏血酸（AA，C?H?O?）是一种属于不饱和多羟基醇类的有机化合物[27]，主要分为D-抗坏血酸（D-AA）和L-抗坏血酸（L-AA）。L-AA通常具有抗氧化性能，是生物体内存在的生物活性形式。D-AA是L-AA的镜像异构体，但几乎没有任何生物活性。通常，“AA”指的是L-AA。AA的分子结构包含四个羟基和一个酮基
基于抗坏血酸的功能化生物聚合物食品包装薄膜
如上所述，AA是食品工业中常用的抗氧化剂，以其卓越的抗氧化活性和低成本而闻名。因此，在开发基于抗氧化生物聚合物的食品包装薄膜时，AA被纳入了添加剂体系。值得注意的是，AA不仅作为抗氧化剂发挥作用，还作为交联剂、还原剂和脱氧剂，显著影响食品包装薄膜的其他性能，如阻隔性能和机械性能
用AA功能化的可食用涂层
可食用涂层是由脂质、蛋白质和多糖等生物聚合物组成的薄层屏障。它们防止食品直接暴露在外界环境中，保持水分，并在储存过程中抑制食品组织的氧化[72]。与传统食品包装薄膜相比，可食用涂层在食品表面形成均匀的层，密封孔隙[73]，减少水果和蔬菜的蒸腾作用，并最小化重量损失[74]。功能材料可以增强
结论与展望
作为一种天然、安全且多功能性的添加剂，AA在基于生物聚合物的食品包装和可食用涂层中显示出巨大的应用潜力。本综述强调，添加AA显著影响了由各种可生物降解生物聚合物制成的食品包装薄膜的功能性能。特别是，AA赋予了强大的抗氧化活性，并增强了薄膜的光学透明度、水分敏感性、机械性能和抗菌效果。
CRediT作者贡献声明
王群毅：撰写——原始草稿、可视化、数据管理、概念化。杨涛：监督、项目管理、数据管理。Rhim Jong-Whan：项目管理、数据管理。Alamri Abdulhakeem S：撰写——审稿与编辑、监督。Alhomrani Majid：撰写——审稿与编辑。张万利：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理。苏振宇：撰写——审稿与编辑、监督。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了海南省自然科学基金（编号324RC460）的支持。
