全球食品包装行业正经历着向可持续替代方案的范式转变，因为环境问题和日益严重的塑料污染迫切需要开发环保材料。源自可再生天然聚合物的可生物降解食品包装薄膜（BFPF）提供了一种很有前景的解决方案。这些薄膜具有生物相容性、生物降解性和成本效益等优良特性，与日益增长的可持续食品包装材料需求高度契合。然而，尽管具有这些优势，大多数用于BFPF的生物聚合物都存在固有的局限性，主要是缺乏固有的抗菌性能。这种缺陷限制了它们在食品保鲜方面的有效性，因为微生物的生长会导致食品腐败和污染。因此，大量研究致力于通过添加活性物质来增强BFPF的抗菌性能。在这些物质中，ε-聚赖氨酸因其卓越的抗菌性能而备受关注，使其成为提高BFPF功能性的理想候选物质。
可生物降解的食品包装薄膜通常由生物聚合物制成，例如多糖（如淀粉、壳聚糖）、蛋白质（如明胶、大豆蛋白）和脂肪族聚酯（如聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯）。与传统的合成聚合物相比，这些生物聚合物具有诸多优势，例如环境影响更小、生物降解性更强以及原料可再生。
多糖因其储量丰富、易于改性且具有良好的成膜性能，被广泛应用于生物食品保鲜膜（BFPF）中。淀粉和壳聚糖是常用的多糖，可用于制备具有食品保鲜潜力的薄膜。然而，它们易受微生物侵袭，限制了其应用，因此需要添加抗菌剂。
明胶和大豆蛋白等蛋白质因其功能特性（包括形成可食用薄膜的能力）而受到越来越多的关注。这些材料虽然具有生物相容性和生物可降解性，但通常机械强度和耐水性较差，这限制了它们在实际食品包装中的应用。
与多糖和蛋白质相比，脂肪族聚酯，如聚乳酸（PLA）和聚羟基脂肪酸酯（PHA），具有更优异的机械强度和热稳定性。它们也表现出良好的生物降解性，但其抗菌性能有限，这可以通过引入抗菌剂（例如ε-聚赖氨酸）来改善。
ε-聚赖氨酸是一种天然阳离子肽，由L-赖氨酸残基通过酰胺键连接而成，由某些微生物（例如白色链霉菌）合成。它因其强大的抗菌活性而广为人知，这主要归功于其破坏微生物细胞膜的能力，从而导致微生物死亡。ε-聚赖氨酸的抗菌特性使其成为多种应用领域的理想候选物质，包括食品保鲜，它可以抑制多种细菌、真菌和霉菌的生长。
合成：ε-聚赖氨酸通常通过微生物发酵生产。该过程包括在营养丰富的培养基中培养白色链霉菌或其他类似菌株。然后对聚合物进行分离、纯化和表征。这种生物合成方法成本相对较低且环境友好，使得ε-聚赖氨酸成为工业应用，特别是食品包装领域的理想选择。
化学性质：ε-聚赖氨酸独特的结构使其兼具亲水性和阳离子性。带正电荷的赖氨酸残基可与带负电荷的微生物细胞膜表面相互作用，导致细胞裂解。此外，ε-聚赖氨酸易溶于水，且对人体毒性相对较低，因此可安全用于食品领域。ε-聚赖氨酸的化学稳定性也是其在食品包装系统中应用的关键因素。
将ε-聚赖氨酸掺入BFPF中已被证实能够增强薄膜的抗菌活性和机械性能。本节将探讨ε-聚赖氨酸在各种生物聚合物基质中如何发挥抗菌剂和交联剂的作用。
抗菌作用：当ε-聚赖氨酸添加到生物可降解包装材料（BFPF）中时，它作为一种功能性添加剂，赋予包装材料直接的抗菌活性。这对于易受腐败微生物污染的食品尤为有利。ε-聚赖氨酸通过抑制细菌和霉菌的生长，有助于延长食品的保质期，保持其新鲜度和品质。研究表明，ε-聚赖氨酸能够有效抑制沙门氏菌、大肠杆菌、单核细胞增生李斯特菌和青霉菌等常见食源性致病菌的生长，使其成为食品包装系统的理想添加剂。
交联特性：ε-聚赖氨酸除了具有抗菌作用外，还可作为生物纤维增强薄膜（BFPF）中的交联剂。ε-聚赖氨酸分子上的氨基可与多糖、蛋白质和其他生物聚合物链上的羟基相互作用，形成共价键。这种交联作用可提高薄膜的结构完整性，增强其机械性能，例如拉伸强度和伸长率。此外，交联作用还能改善薄膜的耐水性和阻隔性能，使其更适用于食品包装应用。
对薄膜性能的影响：添加ε-聚赖氨酸可显著影响生物纤维增强薄膜（BFPF）的物理和机械性能。例如，由壳聚糖或明胶基生物聚合物制成的薄膜，在添加ε-聚赖氨酸后，其拉伸强度、断裂伸长率和抗穿刺性均有所提高。此外，ε-聚赖氨酸的加入还能降低薄膜对氧气和水分的渗透性，这对于防止微生物生长和延长食品保质期至关重要。生物聚合物基质本身也可能受益于ε-聚赖氨酸的增塑作用，从而提高薄膜的柔韧性。
利用ε-聚赖氨酸对BFPF进行功能化修饰，可使其在食品包装和保藏领域得到广泛应用。本节将探讨这些抗菌包装材料在不同食品保藏场景下的实际应用。
肉类和家禽包装：肉类和家禽产品极易受到微生物污染，导致产品腐败变质，引发食源性疾病。含有ε-聚赖氨酸的BFPF已被证实能有效抑制常见于肉类表面的病原体（如沙门氏菌和大肠杆菌）的生长。这种抗菌薄膜不仅能延长肉制品的保质期，还能降低食源性疾病的风险，因此非常适合用于肉类和家禽行业。
果蔬包装：新鲜果蔬是另一类受益于抗菌包装的食品。果蔬的高水分含量使其容易滋生微生物，导致腐败变质。含有ε-聚赖氨酸的薄膜已成功用于抑制霉菌和细菌的生长，从而保持果蔬的新鲜度。特别是，ε-聚赖氨酸功能化薄膜在延长浆果、绿叶蔬菜和其他易腐烂果蔬的保质期方面展现出良好的应用前景。
乳制品：奶酪和酸奶等乳制品通常采用薄膜包装，这些薄膜既能提供保护屏障，又能发挥抗菌作用。ε-聚赖氨酸功能化的BFPF可以抑制乳制品中腐败微生物的生长，从而确保其品质并延长保质期。此外，ε-聚赖氨酸的抗菌活性还可以抑制乳酸杆菌和其他可能导致乳制品腐败的细菌的生长。
休闲食品：休闲食品，尤其是高脂肪含量的休闲食品，容易受到霉菌和酵母的污染。ε-聚赖氨酸功能化的BFPF可用于休闲食品的包装，防止微生物滋生，延长食品的保质期。此外，ε-聚赖氨酸的交联作用可以增强包装的机械性能，确保其在储存和运输过程中保持完整性。
尽管将ε-聚赖氨酸掺入生物食品包装材料（BFPF）中具有诸多优势，但这些材料的商业化仍面临一些挑战。其中一个挑战是ε-聚赖氨酸生产的规模化。虽然微生物发酵是一种经济高效的ε-聚赖氨酸生产方法，但如何扩大生产规模以满足工业需求仍然是一个难题。此外，还需要深入研究ε-聚赖氨酸在包装材料中的长期稳定性，以确保其在包装食品的整个保质期内保持有效性。
另一个挑战是ε-聚赖氨酸用于食品包装的监管审批问题。虽然ε-聚赖氨酸通常被FDA等监管机构认定为安全物质（GRAS），但其在食品包装中的使用条件仍需进一步明确。
未来的研究应着重于提高ε-聚赖氨酸的合成效率，优化其在生物聚合物薄膜中的应用，并探究ε-聚赖氨酸与其他活性物质的相互作用，以开发多功能食品包装材料。此外，还应开发具有增强机械性能的ε-聚赖氨酸基薄膜。
