苏巴什·V·帕德（Subhash V. Pawde）| 张万利（Wanli Zhang）| 吴迪（Di Wu）| 郑英勋（Young Hoon Jung）| 萨罗特·拉德昆（Saroat Rawdkuen）
泰国清莱市玛法隆大学（Mae Fah Luang University）农业产业学院创新食品包装与生物材料单元，邮编57100
**摘要**
乙烯（C2H4）是一种挥发性植物激素，会加速对乙烯敏感的果蔬的成熟和衰老过程，给新鲜农产品产业带来了挑战。作为活性食品包装系统的乙烯清除剂已成为维持新鲜农产品质量的有希望的解决方案。尽管已经开发出了许多乙烯清除材料，但它们能否成功应用于商业领域仍取决于结合方法、包装格式设计以及实时性能验证。本文批判性地分析了乙烯清除剂在功能性包装系统中的结合方法，强调了清除剂化学性质、载体基质特性与包装格式结构之间的相互作用机制。我们系统评估了天然吸附剂（活性炭、沸石、海洛石纳米管）和合成系统（高锰酸盐氧化剂、光催化金属氧化物、钯催化剂）在不同包装格式（小袋、活性薄膜、可食用涂层和吸水垫）中的应用效果。同时指出了标准化性能指标、实际应用验证协议以及材料在温度变化（2-25°C）和相对湿度变化（75-95% RH）下的行为方面的关键不足。本文还定量分析了包装设计参数（如清除剂负载量、分布均匀性、传质动力学和载体-清除剂界面相容性）对乙烯去除效率的影响，并全面探讨了监管框架（如食品接触材料法规、迁移限制和可持续性指标）。本综述为开发具有商业可行性和环境可持续性的乙烯清除包装系统提供了基于证据的指导原则，以应对采后损失问题。
**1. 引言**
果蔬是重要的营养来源；然而，全球新鲜农产品产业在日益复杂的供应链中面临着保持质量的重大挑战。根据粮农组织（FAO）的估计，过去33年间农业损失累计约为3.26万亿美元，年均损失990亿美元，占全球农业GDP的近4%。预计到2050年全球人口将达到94亿，这意味着与2005年相比，食品供应需要增加60%，因此减少采后损失成为可持续食品系统的关键任务（FAO，2025年）。乙烯（C2H4）是调节植物组织成熟、衰老和应激反应的主要植物激素，在品质下降过程中起着关键作用[1]。植物中乙烯的生物合成途径已得到充分研究（图1）：S-腺苷-L-甲硫氨酸（SAM）通过ACC合成酶转化为1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC），随后通过ACC氧化酶氧化为乙烯[2]。虽然乙烯介导的成熟对于形成理想的果实风味、颜色和质地至关重要，但在储存和运输过程中不受控制的乙烯积累会导致品质迅速下降、保质期缩短、病原体易感性增加以及巨大的经济损失[3]。因此，作为采后品质下降的主要分子触发因素，乙烯的管理成为延长新鲜农产品保质期的最有效干预点。
**图1. 乙烯的生物合成和作用途径**
乙烯的生物合成途径包括SAM通过ACC合成酶转化为ACC，再通过ACC氧化酶氧化为乙烯，以及随后在植物组织中发生的生理反应，这些反应与采后品质下降相关。
**2. 乙烯清除材料：性质与包装相容性**
乙烯清除剂在包装材料中的成功应用取决于选择合适的材料，这些材料需在性能要求和实际包装集成限制之间取得平衡。乙烯清除剂主要通过两种机制发挥作用：物理吸附（通过范德华力和π-阳离子相互作用在多孔结构中可逆捕获乙烯分子，遵循朗缪尔平衡动力学[10, 11]）和化学氧化（高锰酸盐（KMnO4）不可逆地将乙烯氧化为CO2和水[23, 24]）。光催化系统（如TiO2和ZnO）在光照下产生活性氧物种，将乙烯氧化为CO2和水[25, 26]。通过将包装内的乙烯浓度维持在0.04-0.1 ppm以下，这些机制可以延缓成熟过程并延长对乙烯敏感的农产品的保质期[2]。
**2.1 天然基乙烯清除剂**
天然乙烯清除剂因其环境可持续性、可生物降解性、低成本和消费者接受度而受到广泛关注，尤其适用于有机农产品市场[28]。这些材料主要通过物理吸附机制发挥作用，利用其多孔结构和较大表面积从包装空间捕获乙烯分子。常见的天然清除剂包括活性炭、沸石和海洛石纳米管，它们通常具有较低的毒性和良好的生物降解性，符合循环经济原则，适合用于食品包装[29]。最近的研究进展包括新的配方策略、包装格式和性能评估（表1）。
**表1. 天然基乙烯清除剂的最新进展**
| 材料与配方 | 激活/制备方法 | 包装格式 | 清除效果 | 保质期延长 | 参考文献 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 椰子壳+高锰酸盐 | 碳化；高锰酸盐浸渍 | 小袋 | 储存时间延长6天 | [44] |
| 天然木炭+丁香芽 | 物理混合 | 小袋 | 番茄成熟延迟 | [31] |
| 活性砖灰 | 高温激活 | 小袋 | 乙烯去除率约90%（与高锰酸盐相当） | [15] |
| Ag-ZSM-5（银离子交换） | 与AgNO3离子交换 | 活性包装 | 果实新鲜度延长 | [37] |
| Ag-沸石（NH3修饰） | NH3修饰+银负载 | 活性包装 | 果实新鲜度延长 | [35] |
| Ag-沸石（F--修饰） | 氟化物修饰 | 活性薄膜 | 在高相对湿度下效率更高 | [36] |
| 沸石-LDPE（Tazetut® 50%） | LDPE复合 | LDPE薄膜 | 乙烯去除率84%-50% | [41] |
| 沸石-聚合物复合材料 | 聚合物结合 | 复合薄膜 | 改善果实硬度 | [29] |
| 西利曼石-膨润土复合材料 | 物理混合；热处理 | 粉末 | 乙烯吸附率84% | [28] |
| 高锰酸盐在质子化MMT上 | 质子化+高锰酸盐 | 小袋（MAP） | 最长储存时间27天 | [45] |
**2.2 合成基乙烯清除剂**
活性炭和生物炭的表面积范围为500-3000 m²/g，通过表面功能化和金属浸渍策略得到了广泛优化，以提高对乙烯的选择性和在高湿度条件下的性能。
**3. 乙烯清除剂的包装集成**
乙烯清除剂可通过多种包装格式集成到食品中：
- **小袋系统**：将清除剂置于可渗透的袋中放入包装内[15]；
- **涂层和层压材料**：将清除剂直接掺入包装材料中[16]；
- **吸水垫和托盘系统**：适用于高湿度农产品，可同时吸收液体[17]；
- **可食用涂层**：直接涂覆在农产品表面[18]。
尽管相关研究兴趣不断增加，商业产品也在不断推出，但在实际新鲜农产品分销条件下的性能理解方面仍存在显著差距。实验室研究通常在特定条件下进行，可能无法反映运输、冷链中断和零售展示过程中的动态情况。不同包装格式的比较评估和标准化评估方法仍有限，阻碍了技术选择的决策。以往的综述主要集中在清除剂化学性质和合成方法[19, 20]、乙烯生物化学和生理学[19, 21]或通用活性包装技术[22]上。虽然有研究比较了不同清除剂的机制[19]，但也有研究强调了材料性质的重要性[20]，或关注了光催化薄膜等最新进展[22]。目前尚无系统地将清除剂化学性质与包装格式选择、商业性能验证和监管决策框架联系起来的综述[23]。
**4. 结论**
本综述旨在通过五个具体目标填补这些空白：
- 系统分类乙烯清除剂包装格式（小袋、薄膜、涂层和吸水垫），详细分析其设计原理和制造过程；
- 比较天然与合成清除剂在不同包装格式下的效率；
- 通过商业应用和案例研究评估实际效果；
- 分析监管框架、食品接触安全性和可持续性考虑因素；
- 识别开发下一代乙烯清除包装系统的关键研究方向。
通过关注包装集成和实时应用，本综述旨在为减少采后损失和提高新鲜农产品分销系统的可持续性提供实用见解。Regadera-Macías等人（2024年）研究表明，从生物质残渣中提取的活性炭在经过优化用于过滤系统后，表现出更强的乙烯吸附能力，这证实了生物质基活性炭具有可再生性、环保性，并且在经济性和可扩展性方面也适用于商业应用[30]。Duque等人（2021年）开发了一种基于精油的技术，使用天然活性炭与丁香芽结合在PET容器中的小袋中，显示出中等程度的乙烯减少效果，同时利用低毒性的天然成分有效延缓了番茄的成熟[31]。此外，Asadullah等人（2024年）开发了由活性炭和纳米纤维素与交联生物聚合物混合而成的复合气凝胶，显示出有前景的乙烯吸附性能，这种材料适合用于活性包装膜[32]。金属浸渍的活性炭系统相比未经改性的活性炭系统表现出更好的性能。Sangtawesin等人（2024年）研究了通过伽马辐照合成的银纳米粒子浸渍的碳基材料，显示出增强的乙烯清除能力，能够延缓番茄的成熟并减少病原体的发生，尽管也提到了银纳米粒子的安全性问题[33]。Oliveira等人（2024年）研究了从baru废弃物中提取的铜氧化物浸渍活性炭，显示出改善的乙烯去除效果，从而提高了采后质量，但需要考虑铜氧化物的毒性[34]。活性炭上的吸附过程通常是可逆的，这意味着在环境条件变化时乙烯可以被释放出来，而其特有的黑色可能会在透明包装应用中引起美观上的担忧。
2.1.2 基于沸石和粘土矿物的乙烯清除剂
虽然基于沸石的乙烯清除剂已经在市场上得到广泛应用，但最近的研究集中在通过表面改性来克服其湿度敏感性并提高吸附动力学上。氨改性的Ag/沸石系统和氟改性的变体代表了在高湿度采后环境中的重要进展[29]。它们三维笼状结构通过CH-O相互作用和π-阳离子相互作用在微孔框架内实现乙烯吸附。Hosseinnia等人（2023年）全面回顾了基于沸石的聚合物复合膜，表明沸石的加入改善了气体吸附并控制了乙烯的渗透，使用低毒性的可生物降解材料提高了产品的硬度和减少了重量损失，并且可以实现大规模生产[29]。表面改性显著提高了沸石的性能。Qi等人（2024年）证明，氨改性的Ag/沸石通过增强的层次结构和金属分散效应实现了接近完全的乙烯去除，延长了保质期并减少了过度成熟[35]。同一研究小组还开发了氟改性的Ag-沸石（Ag/F-Z5），具有更好的耐水性和吸附能力，在潮湿条件下对香蕉的保存效果更好，尽管成本较高且存在银纳米粒子的安全问题[36]。Ferreira等人（2024年）报告称，Ag交换的ZSM-5沸石在潮湿寒冷储存条件下可去除高达500 μmol/g的乙烯，但也指出了银的安全问题和较高的成本[37]。Quynh等人（2025年）合成了银改性的沸石（LTA、MFI类型），具有高乙烯吸附能力，可以延长 climacteric 果实的保质期，但同样存在成本较高和银纳米粒子安全性的问题[38]。Abreu等人（2023年）提供了证据，证明锌和铜氧化物与天然沸石上的酸性位点在光催化氧化过程中具有协同效应，通过增强的协同吸附和氧化机制实现了50%的乙烯光催化转化，尽管金属氧化物引发了安全性问题[39]。沸石与聚合物复合膜结合是一种有前景的商业应用集成方法。Marzano-Barreda等人（2021年）表明，将沸石加入可生物降解的淀粉/聚酯膜中（通过吹塑挤出工艺）可以有效保持西兰花的颜色、维生素C含量和质地[40]。Bilck等人（2021年）也得到了类似的结果，沸石可以保持香蕉的质地，但膜变得更硬且灵活性降低，这突显了材料优化的必要性[41]。包括膨润土、海泡石和蒙脱石在内的粘土矿物是另一类重要的天然吸附剂。Kumar等人（2024年）开发了一种基于硅线石（Al2SiO5）和膨润土混合物的新型乙烯清除剂，实现了84%的乙烯吸附能力，从而延长了保质期[28]。Upadhyay等人（2022年）开发了基于玉米淀粉-阿拉伯胶和海泡石粘土的乙烯清除膜，使用可生物降解、低毒性的材料在低至中等成本下减少了西兰花的重量损失和颜色退化[42]。
2.1.3 赫洛伊石纳米管
赫洛伊石纳米管（HNTs）是一种天然存在的铝硅酸盐纳米材料，具有独特的空心管状结构，外径为30-70纳米，内腔直径为10-30纳米，长度从200纳米到几微米不等。这种管状形态提供了高的长径比，使其能够在聚合物基质中有效分散，具有大的吸附表面积，且空腔可以封装活性剂。Kumar等人（2024年）全面回顾了赫洛伊石纳米管作为活性食品包装的功能材料，强调了其天然、生物相容性和可生物降解的特性，这些特性在中等成本下增强了机械性能和阻隔性能[28]。值得注意的是，原始赫洛伊石纳米管的乙烯吸附能力（1巴压力下为6.36 mL/g）超过了包括钯基系统在内的几种商业清除剂（4.16 mL/g）。Joung等人（2021年）开发了KMnO4浸渍的HNT/LDPE纳米复合膜，在相同条件下（20°C，1巴）的乙烯清除能力提高了1700%[29]。作为参考，纯LDPE的固有乙烯吸附能力非常低（0.35 mL/g），而KMnO4-HNT/LDPE复合膜在相同条件下达到了6.36 mL/g，反映了化学活性KMnO4和高表面积赫洛伊石载体的共同作用[43]。
2.1.4 农业废弃物衍生的吸附剂
农业废弃物衍生的吸附剂代表了与循环经济原则相一致的研究方向。另一项研究开发了一种创新的乙烯清除剂，该清除剂来自砖灰这种工业副产品，其乙烯吸附能力与KMnO4相当，并在香蕉上的实际研究中显示出8天的保质期延长，作为一种天然、可持续且低成本的替代品[15]。这些农业废弃物衍生的吸附剂在可持续性和成本效益方面具有显著优势，生物质基材料通过可再生、环保的特性支持循环经济方法，同时具有经济性和可扩展性[30]。
2.2 合成乙烯清除剂
合成乙烯清除剂通常提供更优越和更可预测的清除性能，相比天然替代品具有更高的吸附容量、更快的动力学和可调的性质[23]。在30项定量测量乙烯去除率的研究中，像KMnO4和光催化金属氧化物这样的合成清除剂通常显示出更高的去除效率（高达100%）。合成基乙烯清除剂的最新进展总结在表2中。然而，安全问题主要源于合成剂和纳米粒子的使用，因此需要谨慎的设计和符合法规要求。
表2. 合成基乙烯清除剂的最新进展，包括配方策略、包装形式和定量清除性能数据
| 材料 & 配方 | 活化/制备方法 | 包装形式 | 清除能力（定量） | 应用/保质期延长 | 参考文献 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| KMnO4（4% w/w）在SC-ASAW上 | 湿法浸渍 | 小袋 | 100%去除（400 μL/L）在120分钟内 | [24] | 22.5%减少芒果的硬度损失 |
| KMnO4在AC载体上 | 浸渍 | 小袋/AC床 | 91.7%去除在45分钟内 | [46] |
| KMnO4 + CaCl2组合 | 顺序应用 | 处理+包装 | 协同效应（最佳控制） | 提高番茄的质量 | [47] |
| KMnO4改性的AC油墨 | 柔性版印刷 | 印刷小袋 | 控制释放；耐磨 | +14天香蕉的保质期 | [48] |
| KMnO4 + 浮石在LDPE中 | 多层共挤出 | LDPE多层 | 双重氧化/吸附 | 延长鳄梨的寿命 | [56] |
| KMnO4 + UV + TiO2 | 组合系统 | 过滤器+气流 | 协同机制 | 提高西兰花的品质 | [12] |
| KMnO4-HNT/LDPE纳米复合体 | HNT浸渍；挤出 | 纳米复合膜 | 6.36 mL/g；比纯LDPE高1700% | 延缓樱桃番茄的成熟 | [43] |
| 纳米TiO2在环保聚合物中 | 熔融复合/挤出 | 活性膜 | 光催化降解 | [9] | 香蕉：+10天 | [25] |
| Mn掺杂的TiO2 | 溶胶-凝胶合成；Mn掺杂 | 可见光膜 | 可见光激活（λ>400 nm） | 香蕉：延迟2天成熟 | [26] |
| WO3/AgBr/Ag + AC在壳聚糖中 | 水热；薄膜铸造 | 光催化膜 | 49%乙烯去除 | 香蕉：+50%保质期 | [51] |
| Cu-Zn氧化物在沸石上 | 共沉淀 | 光催化粉末 | 50%光催化转化 | [39] |
| TiO2/淀粉冷冻凝胶 | 冷冻凝胶形成 | 冷冻凝胶结构 | 光催化活性 | [57] |
| 1-MCP可生物降解小袋（Hazel®） | 控制释放配方 | 可生物降解小袋 | 乙烯受体阻断 | 鳄梨：+2-4天成熟期 | [58] |
| 己醛-ZIF-8/壳聚糖 | 一锅共结晶 | 可食用涂层 | 温度响应释放 | 芒果：+8天 | [59] |
2.2.1 高锰酸钾基系统
高锰酸钾系统由于其不可逆的氧化机制和视觉饱和指示而在市场上仍然占主导地位。当前的研究重点在于开发更安全的载体基质，减少迁移问题，并改善持续释放动力学，而不是基本机制的阐明[23]。Chanka等人（2024年）开发了从甘蔗渣灰中提取的非晶二氧化硅-氧化铝浸渍的KMnO4，在小袋中120分钟内实现了100%的乙烯去除，有效延缓了芒果的成熟并保持了硬度，同时利用了农业工业废弃物作为低成本载体[24]。Saty和Youssef（2022年）报告称，KMnO4处理的活性炭在45分钟内去除了91.7%的乙烯，证明了吸附和氧化机制的协同效应[46]。载体材料显著影响KMnO4的性能和应用效果。Álvarez-Hernández等人（2019年）开发了负载在质子化蒙脱石上的KMnO4，在改良气氛包装中的小袋中将蓝莓的保质期延长了最多27天[45]。Zakriya等人（2023年）发现，KMnO4与CaCl2结合使用可以最佳控制番茄的成熟，同时保持植物化学成分和抗氧化活性[47]。Somsesta和Hongrattanavichit（2023年）开发了一种创新方法，使用KMnO4改性的活性炭油墨，可以通过水基柔性版印刷在塑料膜上，通过涂层薄膜和贴纸将香蕉的储存时间延长了14天，具有安全、耐磨的特性，且成本适中[48]。尽管效果显著，但KMnO4的强氧化性质要求将其封装在小袋中或固定在载体材料上以防止直接接触食物，而且安全性评估通常仅限于初步评估，关于迁移、消费者暴露和环境归趋的数据不足[23]，[46]。
2.2.2 光催化金属氧化物（TiO2, ZnO）
二氧化钛（TiO2，带隙：3.2 eV，激活波长≤385 nm）和氧化锌（ZnO，带隙：3.37 eV）光催化剂通过光激活产生电子-空穴对（e-/h+），生成活性氧物种（•OH, •O2-），最终将乙烯氧化为CO2和水[49]。Maldonado等人（2024年）通过熔融挤出制备了纳米TiO2活性膜，实现了78%的乙烯去除效率（初始浓度：100 μL/L；UV-A：4 W/m2；24小时），在10天内保持了香蕉的质量[25]。最近的研究进一步证实了在可见光照射下，通过优化TiO2基复合膜中的电子-空穴对分离，提高了乙烯的降解效率，这对开发用于照明零售展示环境的光激活包装具有重要意义[13]。Basso等人（2018年）报告称，在初始浓度为50 ppm；UV-A：6 W/m2；30分钟；20°C的条件下，乙烯转化率为82%，与对照组相比，14天后樱桃番茄的硬度显著提高[50]。Nugroho等人（2024年）使用通过KMnO4还原制备的锰修饰TiO2实现了可见光诱导的乙烯清除，成功将香蕉的颜色变化延迟了2天，从而扩展了实际应用条件，超出了依赖UV的系统[26]。先进的光催化复合系统展示了在应对多种采后挑战方面的增强多功能性能。Xiao等人（2024年）开发了基于光催化壳聚糖的杀菌膜，其中包含WO3/AgBr/Ag和活性炭，实现了49%的乙烯去除，并通过具有抗菌特性的复合活性膜将香蕉的保质期延长了50%[51]。Alonso-Salinas等人（2023年）证明，在带有气流系统的过滤器中结合KMnO4和UV辐射及TiO2可以改善西兰花的品质。然而，光催化活性在长时间储存期间的持久性仍不确定，且光催化过程依赖于光照的可用性，这影响了在黑暗储存条件下的实时去除率[12]。
2.2.3 金属有机框架和先进材料
金属有机框架（MOFs）是由金属离子节点和有机配体协调构成的多孔晶体材料，表面面积超过6000 m2/g。MOFs中的乙烯吸附通过两种互补机制实现：在可调孔结构中的尺寸选择性物理吸附，以及在开放金属位点（OMS）上的π-复合，其中乙烯的富电子C=C双键通过Dewar-Chatt-Duncanson相互作用与路易斯酸性金属中心配位，产生的吸附焓为-40至-80 kJ/mol，远高于单独的物理吸附（-15至-25 kJ/mol）[52]。ZIF-8的孔径为3.4 Å，笼径为11.6 Å，通过门开启机制选择性地吸附乙烯（动力学直径：4.16 Å），而MIL-101(Cr)利用可访问的Cr3+位点在室温下实现了3-6 mmol/g的乙烯吸附能力[52]。然而，与毒性、消费者接受度和高成本相关的挑战限制了其立即商业化。Zhao等人（2024年）开发了由ZIF-8引发的表面成型水凝胶膜，通过可食用涂层实现了57%的内源性乙烯吸附，并延长了草莓和香蕉的保质期[53]。Jiang等人（2024b）创造了负载己醛的ZIF-8/季铵化壳聚糖膜，具有温度响应的乙烯抑制作用，将香蕉和芒果的保质期延长了8天[27]。Fan等人（2024年）使用3D多孔结构聚氨酯泡沫和玉米蛋白醇基底开发了先进的乙烯吸收和缓冲包装，有效吸附乙烯，同时在机械应力后保持了番茄的外观[54]。Fan等人（2023年）通过电纺制备了三组分蛋白质-多糖纳米纤维，用于高效乙烯清除膜，显著延长了香蕉的保质期并减少了褐变[54]。这些先进材料在实验室中表现出色，但在商业化方面面临生产成本和监管批准途径的挑战[55]。
2.3 混合和协同系统
将天然吸附剂与合成氧化剂或光催化剂结合是一种有前景的策略，可以克服单一材料的局限性。在50篇高度相关的论文中，有9篇探讨了将KMnO4与紫外线辐射、光催化金属氧化物或抗菌剂结合使用，以获得协同效应，从而提高乙烯去除率和微生物控制效果[27]。活性炭-KMnO4混合系统通过同时吸附和氧化机制表现出协同的乙烯去除效果，Saty和Youssef（2022年）在45分钟内实现了91.7%的乙烯去除率。多项研究显示，将活性炭与KMnO4结合使用可以提升处理效果[46]。新兴研究强调了将金属氧化物与天然沸石或活性炭结合使用的协同效应。Abreu等人（2023年）证明，含有酸性位点的铜氧化物和锌氧化物与天然沸石结合使用，可以增强吸附和光催化氧化作用，从而提高乙烯去除率[39]。Xiao等人（2024年）将WO3/AgBr/Ag光催化剂与活性炭结合用于壳聚糖薄膜中，解决了采后处理中的多种问题，同时具有抗菌和乙烯清除功能[51]。尽管实验室结果令人鼓舞，但将这些材料实际应用于可扩展的包装解决方案中仍然受到限制[23]，合成复杂性和成本问题可能阻碍了其商业化应用。目前缺乏全面评估这些组合材料在真实储存和运输条件下的长期稳定性和相互作用的研究。
2.4. 对比评估与批判性分析
文献显示，天然和合成乙烯清除剂各有优势和挑战。对50篇高度相关论文中的35篇进行系统分析后发现，两类清除剂都能有效降低乙烯浓度，但作用机制、整合方法和性能指标存在显著差异。天然清除剂具有中等的吸附能力，并且具有出色的可持续性；而合成系统则具有更高的去除效率（KMnO4系统的去除效率为91.7%-100%），但存在相关安全问题。多个方面仍存在关键差距。直接比较研究较少，许多研究仅关注天然或合成清除剂中的某一种，这使得基准测试变得复杂[31]。实验设置中的变量（如乙烯浓度、储存条件、温度、湿度和水果类型）阻碍了跨研究比较。缺乏标准化协议来评估乙烯清除效果和水果质量指标，进一步降低了研究的可比性[23]。许多研究仅限于实验室规模或短期评估，关于工业可扩展性和消费者安全性的数据有限[23][60]。此外，添加剂的引入可能会影响薄膜的机械性能和阻隔性能，从而影响包装的完整性[41][42]。安全性评估通常仅限于初步阶段，关于合成清除剂和掺杂金属材料的迁移、消费者暴露和环境归趋的数据不足[33][38]。目前文献尚未充分探讨光催化薄膜中纳米颗粒或活性物质的潜在释放问题。合成清除剂在真实储存条件下的长期稳定性和再生潜力需要进一步验证[43][46]。成本分析很少考虑完整的生命周期或可扩展性因素，这阻碍了其商业化的全面经济评估[52][59]。建模和优化方法在这一领域具有发展潜力。Sonawane等人（2024年）开发了计算模型，结合了水果生理学、气体渗透性和清除剂动力学，有助于预测乙烯积累并优化包装设计[61]。这类模型出现在50篇高度相关论文中的10篇中，为选择适当的穿孔尺寸和清除剂负载提供了理论依据，以维持低乙烯水平，为预测乙烯积累提供了理论支持，并通过真实水果储存数据验证了系统级理解。
2.5. 包装格式选择的机制考虑
清除机制从根本上决定了包装格式的适用性。物理吸附剂通过可逆的范德华相互作用起作用，使其在热稳定性方面表现良好，并且适合用于活性薄膜的生产[29][43]。然而，它们在温度变化下的可逆性限制了其在薄膜中的长期性能，因此更适合使用可更换清除剂的小袋格式[23]。化学氧化剂如KMnO4会不可逆地将乙烯转化为二氧化碳和水，在小袋和垫状格式中具有更优的清除效率[62]；但其热分解阈值（150°C）限制了其在熔融挤出薄膜中的应用[18]。光催化金属氧化物可以通过熔融复合与薄膜基材结合[25]，但光照依赖的激活限制了其在透明包装中的效果，在黑暗寒冷储存条件下的活性几乎为零[26]。因此，理解这些机制与格式之间的关系对于不同供应链场景下的合理包装系统设计至关重要。
3. 整合方法和包装格式
乙烯清除系统在采后保鲜中的有效性从根本上取决于清除材料如何整合到包装结构中，以及它们如何与产品和包装内部空间相互作用。整合方法直接影响清除动力学、活性物质的可用性、消费者便利性和商业可行性。标准包装格式包括小袋、活性薄膜和可食用涂层（图3），每种格式针对特定类型的产品和储存应用具有不同的优势。选择合适的整合策略需要平衡清除效率、包装功能、安全要求、成本限制以及与现有供应链基础设施的兼容性。
3.1. 小袋和垫状物
小袋是目前最成熟且广泛采用的乙烯清除剂传递格式，具有灵活性、易于实施和与现有包装系统的兼容性[23]。这些含有活性清除材料的独立袋子放置在包装内，通过透气膜去除包装内部空间的乙烯。由于适用于多种类型的产品和储存条件，基于小袋的系统目前占据了商业乙烯清除市场的70-75%。
3.1.1. 设计和配方策略
小袋设计包括活性填充物和透气包膜的材质选择，配方策略根据特定产品的要求和储存条件进行优化。活性填充物通常由固定在载体基质上的清除剂组成，以最大化表面积暴露，同时防止与食物直接接触。载体材料如硅胶、氧化铝、蛭石和珍珠岩提供多孔结构，有助于气体扩散到活性位点，同时在整个储存过程中保持结构完整性。配方策略已经从简单的单组分系统发展到能够同时解决多种保鲜问题的复杂多组分小袋。多功能小袋设计结合了干燥剂和乙烯清除剂，既能管理水分又能控制乙烯积累。活性剂与载体之间的比例显著影响清除能力；过多的载体会稀释活性位点，而载体不足则会影响气体扩散，可能导致结块或聚集。最近的创新包括印刷和涂层小袋设计，降低了制造复杂性。Somsesta和Hongrattanavichit（2023年）开发了通过水性柔版印刷将KMnO4改性的活性炭应用于小袋材料的方法，实现了连续的卷对卷生产，并具有精确的剂量控制[48]。这种方法解决了传统小袋的局限性，如填充重量不均匀和组装劳动强度高，同时保持了耐磨性和安全处理特性。
3.1.2. 透气材料和配置
小袋包膜是活性材料与包装内部空间之间的关键接口，需要足够的透气性以允许乙烯进入，同时防止颗粒迁移和与食物直接接触。材料选择需平衡透气性要求、机械强度、防潮性和食品接触应用的法规合规性。常用的小袋材料包括微孔聚乙烯、非织造聚丙烯、Tyvek®（高密度聚乙烯纺粘布）和纸-聚合物层压材料。微孔薄膜通过工程化的孔结构提供可控的气体传输速率，透气性通过孔径和密度调节。非织造织物通过相互连接的纤维网络提供高气体通透性，同时具有防尘性能。纸质小袋具有成本优势和可生物降解性，但在高湿度应用中需要聚合物涂层或层压处理以增强防潮性。小袋配置影响清除动力学和实际操作性。单腔设计包含预混合的活性配方，简化了制造过程；多腔设计在激活前物理分离不相容的组分。自粘标签格式可以贴在包装盖子或壁上，减少操作难度并确保一致的位置。垫状配置具有较大的表面积，既可作为渗出物吸收垫，又具有乙烯清除功能[17]。
3.1.3. 放置和剂量优化
小袋在包装内的放置位置显著影响清除性能，因为它会影响气体循环模式和乙烯与活性材料的接触。最佳放置位置应确保最大程度的内部空间暴露，同时避免与食物直接接触，以防止水分转移或局部气氛变化。剂量优化需要平衡清除能力和产品的乙烯产生速率及目标内部空间浓度。Sonawane等人（2024年）开发了预测模型，结合了水果生理学、包装穿孔的气体传输和清除剂动力学，以优化鳄梨包装的小袋装载量[61]。他们的模型表明，清除剂剂量必须考虑储存期间的累积乙烯产生量，如果容量不足，会导致后期乙烯积累。剂量计算通常考虑产品重量、预期储存时间、呼吸速率和温度系数以及包装内部空间体积。高乙烯产生的产品（如苹果和番茄）需要比低乙烯产生的产品（如柑橘类）更大的清除剂用量。商业指南建议在冷藏储存条件下，每公斤产品使用5-10克基于KMnO4的清除剂，但最佳剂量因具体配方和储存条件而异[23]。过量使用会增加成本，并可能导致气氛过度改变；而用量不足则无法在整个储存期间维持目标乙烯水平。
3.2. 活性薄膜和层压材料
活性薄膜代表了从独立小袋向具有内在清除功能的包装材料的转变。将清除剂直接整合到聚合物基材中，可以实现通过包装结构的连续乙烯去除，同时消除了小袋处理的需求和消费者对散装包装的担忧[43]。基于薄膜的系统需要仔细优化加工条件，以保持清除活性和包装功能。
3.2.1. 熔融复合和挤出方法
熔融复合和挤出是将清除剂整合到热塑性包装薄膜中的主要工业方法。这些热处理技术使活性颗粒在聚合物基材中均匀分散，从而生产出具有可控厚度和机械性能的薄膜，适用于包装应用。熔融复合涉及使用双螺杆挤出机将清除剂颗粒分散到熔融聚合物中，通过螺旋元件的相互作用实现充分混合。加工参数（如桶温曲线、螺杆速度、停留时间和混合元件配置）决定了颗粒分散质量和聚合物降解程度。Maldonado等人（2024年）通过挤出成功将纳米TiO2整合到环保聚合物基材中，证明了适当的螺杆设计和温度控制可以保持光催化剂的活性并实现均匀分散[25]。薄膜形成通过吹膜挤出或铸膜挤出工艺完成。吹膜挤出通过空气膨胀熔融聚合物挤出物生成管状薄膜，提供双向取向，从而增强机械性能。Marzano-Barreda等人（2021年）通过吹膜挤出生产了含有沸石的淀粉/聚酯薄膜，展示了可生物降解活性薄膜的工业可扩展性。铸膜挤出通过槽模挤出在冷却辊上生成平面薄膜，可实现精确的厚度控制和高光学透明度，但取向性有限[40]。活性薄膜挤出的关键工艺考虑因素包括清除剂的热稳定性、颗粒与聚合物的相容性以及防止聚集。基于KMnO4的系统在高温加工过程中存在特殊挑战，因为氧化剂会分解，需要使用载体固定并降低加工温度。Joung等人（2021年）通过在复合前将KMnO4浸渍到HALloysite纳米管中，解决了这一问题，在LDPE挤出过程中提供了热保护，使乙烯清除能力提高了1700%[43]。
3.2.2. 涂层和表面改性技术
喷涂涂层可以在卷对卷配置中快速、连续地将乙烯清除配方应用于包装基材。雾化产生细小液滴，沉积在移动的网状表面上，随后干燥固化涂层。喷涂参数（如喷嘴几何形状、雾化压力、基材速度和干燥条件）决定了涂层的均匀性和附着力，直接影响乙烯向嵌入清除剂颗粒的扩散路径。较薄的喷涂涂层可能增强乙烯向活性位点的传输，但单位面积的清除剂负载减少可能需要与改善的可用性之间进行平衡。这种方法适用于高速生产乙烯清除包装，但需要优化以确保目标产品的清除能力。层叠（LbL）组装通过顺序沉积带相反电荷的聚电解质构建功能性涂层，可在纳米尺度上实现精确的厚度控制。对于乙烯清除应用，LbL组装具有独特优势：清除剂颗粒可以嵌入到特定层中，位于距涂层表面最佳距离的位置，交替的屏障/清除剂层可以控制乙烯扩散动力学，防止快速饱和。虽然LbL技术主要应用于可食用涂层，但新兴研究正在探索使用LbL组装构建具有可控乙烯清除分布和持续释放特性的多层薄膜[63]。层压技术通过粘合剂 bonding 或热熔合将预处理的乙烯清除层与结构包装薄膜结合，使像KMnO4这样的湿度敏感清除剂能够整合到受保护的内层中，同时保持与食物接触的安全性。**基于可生物降解聚合物的活性薄膜**
聚乳酸（PLA）是商业上开发最成熟的可生物降解热塑性塑料，适用于乙烯清除薄膜应用。其机械性能可与聚苯乙烯相媲美，并且可以在传统的挤出设备上进行加工。PLA具有适中的氧气渗透性（约2.0 × 10^-17 mol·m/m^2·s·Pa），有助于乙烯扩散到嵌入的清除剂颗粒中；同时，在加工过程中的热稳定性（170-200°C）能够容纳大多数无机乙烯清除剂，如沸石、活性炭和金属氧化物光催化剂，而不会发生分解。基于PLA的活性薄膜需要塑化以增加柔韧性，在与亲水性添加剂混合时可能需要使用相容剂。柠檬酸是一种经FDA批准的天然相容剂，它能与PLA和TPS的羟基形成酯键，从而提高含有淀粉基清除剂载体的混合物的界面粘附性[64]。
热塑性淀粉（TPS）来源于玉米、木薯或马铃薯淀粉，提供了低成本且丰富的生物聚合物基质，具有优异的乙烯清除性能。Bilck等人（2021年）证明，含有沸石的淀粉/聚酯吹塑薄膜能有效吸附包装顶空中的乙烯，在储存12天后，香蕉的硬度比对照薄膜高出23%，尽管薄膜的刚性增加且柔韧性降低[41]。关于清除过程中的水分相互作用，淀粉基质吸水会形成高湿度微环境，这对基于KMnO4的氧化剂有利，但对像活性炭这样的吸湿性吸附剂则不利。与疏水性聚合物或增塑剂（甘油、山梨醇、聚乙二醇）混合可以提高防潮性，同时保持对活性位点的乙烯渗透性。
壳聚糖薄膜结合了固有的抗菌活性和气体阻隔性能，适用于活性包装应用。由于壳聚糖的热加工性能有限，溶液浇铸仍是主要的生产方法。Xiao等人（2024年）通过浇铸工艺制备了含有WO3/AgBr/Ag和活性炭的光催化壳聚糖薄膜，实现了具有乙烯清除和抗菌性能的多功能活性包装。壳聚糖的阳离子特性使其能够与带负电的清除剂颗粒发生静电结合，从而改善了在薄膜基质中的分散和保留效果[51]。
基于纤维素的薄膜，包括醋酸纤维素、羧甲基纤维素（CMC）和羟丙基甲基纤维素（HPMC），具有优异的成膜性能，适合用于乙烯清除。它们的适度气体渗透性允许乙烯扩散到嵌入的活性颗粒中，同时提供足够的阻隔性能以维持改良的大气环境。Regenerated cellulose薄膜具有足够的机械强度，适合与乙烯清除活性层进行层压。Asadullah等人（2024年）通过交联生物聚合物基质制备了活性炭-纳米纤维素复合气凝胶，实现了8-12 mg C2H4/g的乙烯吸附能力，并证明基于纤维素的系统能够承受高负载量（高达15 wt%），同时保持包装应用所需的结构完整性[32]。
**3.2.4. 添加物对薄膜性能的影响**
添加清除剂不可避免地会改变薄膜的机械性能、阻隔性能、光学性能和热性能，因此需要仔细配方以平衡清除能力和包装性能要求。了解这些性能变化有助于优化添加量，以实现清除能力和包装性能之间的平衡。
机械性能对添加颗粒的反应通常较为复杂。低至中等添加量（1-5 wt%）通常通过颗粒-聚合物相互作用和限制链运动来增强聚合物基质，从而提高拉伸强度和模量。较高添加量则由于颗粒聚集导致应力集中点和聚合物基质中的不连续性，从而降低拉伸强度和断裂伸长率[29]。Joung等人（2021年）报告称，在优化添加量下，HNT的添加通过纳米管增强作用改善了LDPE薄膜的机械性能，而过量添加则会损害性能[43]。适当的颗粒分散可以通过表面改性或工艺优化来减轻聚集效应。
阻隔性能受填充剂添加的影响，因为填充剂会改变分子的扩散路径长度。片状填充剂（如粘土和沸石）在平行于薄膜表面时提供最大的曲折路径。由于粘附不良造成的颗粒-基质界面空隙可能会增加渗透性，尤其是对于像淀粉和壳聚糖这样的基质。疏水性表面处理或混合配方策略可以改善防潮性，同时保持对活性位点的乙烯渗透性。
光学性能（如透明度和颜色变化）会随着颗粒的添加而改变。无机清除剂会根据颗粒大小和与聚合物基质的折射率差异散射光线。当颗粒尺寸小于可见光波长时，纳米颗粒的添加可以减少散射；然而，聚集会降低透明度。含有KMnO4的系统会呈现特征性的紫色，随着氧化剂的消耗颜色会从紫色变为无色，这可能作为视觉饱和度指标，但在某些应用中会引起美观问题。
热性能（如玻璃化转变温度、结晶度和热稳定性）受颗粒添加的影响，因为颗粒会通过成核效应和限制链运动来改变这些性能。沸石和粘土颗粒常常会促进聚合物结晶，提高结晶度，但可能会使薄膜变脆。热稳定性的提高可能通过阻隔效应减缓挥发性降解产物的释放，但对于某些清除剂-聚合物组合，催化分解路径可能会加速降解。
尽管活性薄膜具有诸多优势，但由于几个实际障碍，它们尚未在市场上取代传统的小袋包装。熔融挤出过程中的热处理（180-250°C）与KMnO4不兼容，因为KMnO4在150°C以上会分解，因此主要只能使用沸石和物理吸附剂作为薄膜中的清除剂[18][43]。与小袋包装不同，活性薄膜需要符合欧盟法规450/2009和FDA 21 CFR中的全食品接触材料注册和迁移测试要求，这大大延长了监管时间。此外，小袋包装可以在多种商品类型上提供剂量灵活性，这是单一薄膜配方无法实现的。这些障碍共同解释了小袋包装系统的持续市场主导地位，在评估基于薄膜的技术的商业可行性时需要考虑这些因素。
**3.3. 与乙烯清除剂结合的可食用涂层**
可食用涂层是一种特殊的添加策略，它将清除材料直接应用于食品表面。与从包装顶空起作用的薄膜和小袋包装不同，可食用涂层可以在食品表面与清除剂之间建立紧密接触，从而在水果-大气界面实现局部气氛调节（Ali等人，2025年）。这种方法具有减少包装材料需求、直接保护食品表面以及无需丢弃包装的便利性等优点[65]。
**3.3.1. 基于多糖和蛋白质的系统**
多糖基质因其成膜性能、氧气阻隔特性和消费者接受度而在可食用涂层配方中占主导地位。壳聚糖、海藻酸盐、果胶、淀粉、卡拉胶和纤维素衍生物为添加清除剂提供了结构框架，并通过气体交换调节和抗菌活性提供固有的保鲜效果。壳聚糖涂层通过双重机制特别适用于乙烯管理：物理阻隔层减少气体交换速率，以及抑制乙烯生物合成的固有生化活性。Jiang等人（2024b年）开发了含有己醛的ZIF-8/季铵化壳聚糖复合涂层，通过直接表面应用将香蕉和芒果的保质期延长了8天[59]。壳聚糖的阳离子性质使其能够通过静电作用与带负电的水果表面牢固结合，同时提供抗菌保护。
海藻酸盐涂层利用钙诱导的凝胶化形成具有优异氧气阻隔性能的致密薄膜。钙-海藻酸盐交联形成的三维网络能够封装清除剂颗粒，同时保持结构完整性。通过逐层沉积结合海藻酸盐和壳聚糖的复合涂层可以形成三层和五层结构，限制日本梨中的乙烯生成，同时提高水果的新鲜度和储存时间[66]。这种多层结构可以优化各层的阻隔性能、抗菌活性和清除剂的结合。
基于蛋白质的可食用涂层（如乳清蛋白、玉米醇溶蛋白、明胶和大豆蛋白分离物）为多糖系统提供了互补性能。乳清蛋白涂层在干燥条件下表现出优异的氧气阻隔特性，而玉米醇溶蛋白则形成适合高湿度储存环境的疏水性涂层。Fan等人（2023年）通过静电纺丝制备了三组分蛋白质-多糖纳米纤维薄膜，用于乙烯清除，证明蛋白质-多糖组合可以克服单一材料的局限性，实现高清除效率[55]。结合多种生物聚合物和脂质成分的复合配方可以优化涂层的多种功能要求。脂质添加（如蜂蜡、巴西棕榈蜡、油酸）可以改善防潮性能，同时作为清除剂的疏水性载体。乳液和纳米乳液涂层系统可以在水基生物聚合物相中稳定脂质滴，实现清除剂与疏水性活性化合物（如精油和抗菌剂）的同时输送[67]。
**3.3.2. 应用方法和性能**
可食用涂层的应用方法显著影响涂层的均匀性、厚度控制和食品覆盖度，直接影响功能性能。选择浸涂、喷涂、刷涂或先进沉积技术取决于食品的几何形状、涂层配方的流变性质、生产规模和所需的涂层特性。浸涂是最简单且应用最广泛的方法，包括将食品浸入涂层溶液中，然后沥干和干燥。浸涂时间、提取速度、溶液粘度和干燥条件决定了涂层的厚度和均匀性。多次浸涂可以形成更厚的涂层或多层结构。浸涂适合批量处理，适用于不规则形状的食品，但由于排水模式和表面凹陷处可能产生不均匀的涂层。
喷涂可以在输送系统上的喷枪室内连续涂覆食品，比浸涂具有更高的产量和更均匀的涂层厚度。雾化参数（如喷嘴设计、喷压和溶液流变性质）决定了液滴大小和涂层质量。超声波雾化可以产生更细小的液滴，形成更薄、更均匀的涂层。Wardana等人（2023年）证明，通过喷涂施加的海藻酸盐/柠檬草油/纤维素纳米纤维Pickering乳液涂层在常温储存期间通过抗真菌和气体阻隔作用保持了柑橘的质量[68]。
静电喷涂利用高压电场产生细小带电液滴，形成超薄且均匀的涂层，材料使用量少。该技术可以在微米级别实现精确的厚度控制，适用于无法承受浸涂力的脆弱食品。由于产量限制和设备复杂性，静电喷涂目前主要在实验室规模使用。
逐层（LbL）组装通过顺序施加相反电荷的涂层溶液（通常是壳聚糖（阳离子）和海藻酸盐或果胶（阴离子）来构建多层涂层。每次沉积都会添加纳米级的层，从而精确控制总涂层厚度和功能层顺序。性能优化需要根据具体食品要求匹配涂层特性。涂层厚度影响气体交换速率，较厚的涂层可以更好地调节气氛，但可能导致厌氧条件和异味产生。目标乙烯减少量必须与氧气供应量平衡，以满足有氧呼吸的需求。储存过程中的涂层完整性取决于配方耐久性、食品表面特性和储存湿度条件。性能评估包括储存期间乙烯和CO2的顶空浓度、呼吸速率、硬度保持、颜色稳定性和感官接受度。
**3.4. 与改良气氛包装（MAP）的集成**
将乙烯清除系统与改良气氛包装（MAP）集成可以通过同时控制多种影响食品劣化的因素来产生协同保鲜效果。MAP通过调节氧气和二氧化碳水平来降低呼吸速率，而乙烯清除则专门针对加速衰老的乙烯激素。MAP系统可以通过食品呼吸和薄膜渗透性的平衡来被动调节包装气氛，或者通过初始气体冲洗后达到平衡来主动调节。这两种方法都受益于乙烯清除剂的添加，从而独立于O2/CO2动态来控制乙烯积累。
Öztürk（2023年）证明，当与MAP结合使用时，无论是基于小袋包装还是基于薄膜的乙烯清除系统都能使香蕉的保鲜期延长9天，猕猴桃的保鲜期延长30天，显著优于单独使用任一方法[69]。活性MAP（5% O2, 5% CO2）结合清除剂可以实现最低的乙烯浓度（0.47-0.50 μL/L），同时保持最佳的O2/CO2平衡。选择用于MAP整合的薄膜必须平衡多种渗透性要求。高乙烯渗透性允许乙烯扩散到清除剂位置，但也可能在混合运输或储存过程中允许外部乙烯进入。多孔或微孔薄膜具有高气体透过率，适合高呼吸率的食品，但可能会因快速乙烯交换而降低清除剂的效果。Sonawane等人（2024年）开发了集成模型，预测了乙烯积累与水果生理、穿孔特性和清除剂动力学的关系，证明基于清除剂的去除方法在维持鳄梨包装中的低乙烯水平方面优于基于穿孔的通风方法[61]。
温度管理对MAP-清除剂系统的性能至关重要。食品的呼吸速率随温度呈指数增长，加速了氧气消耗和二氧化碳释放，同时增加了乙烯的产生。薄膜的渗透性也随温度升高而增加，但其激活能量与呼吸不同，可能在高温下导致不平衡的气氛。分销过程中的冷链中断会迅速破坏精心设计的MAP系统。乙烯清除剂通过独立于呼吸-渗透性平衡的去除能力提供温度波动的缓冲。
商业应用需要考虑成本效益分析，包括清除剂的增量成本与延长保质期的价值以及减少浪费。基于小袋包装的清除剂会增加每包成本，但不需要修改MAP操作所需的设备。基于薄膜的清除剂虽然增加了材料成本，但消除了小袋包装的处理和放置工作。先进的集成策略将乙烯清除与其他活性包装功能结合使用。Alonso-Salinas等人（2023年）的研究表明，将KMnO4与紫外线辐射和TiO2光催化剂结合使用，通过综合去除乙烯、抗菌活性以及调节气氛的作用，提高了西兰花的质量[12]。Zhang等人（2024年）的研究发现，在电子商务物流过程中，含有1-MCP的纸与氮气MAP结合使用，对李子的质量具有协同效应，比单独使用任何一种处理方法更能有效保持果实的硬度并减少呼吸作用[70]。智能包装的集成实现了对包装内气体条件的实时监测和响应，智能标签能够检测乙烯浓度，从而提供果实成熟度或清除剂消耗情况的视觉指示，有助于优化分销决策。
4. 商业产品与实际应用
2024年，全球乙烯吸收剂市场的价值约为120-140亿美元，涵盖了乙烯去除技术和受体阻断方法，预计到2033年的复合年增长率为15-22%。这些估值包括了所有产品类别的总市场收入，如小袋、薄膜、过滤器和处理系统，其中运输和仓储环节占据了最大份额（IMARC集团，2024年；Straits Research，2024年）。市场领导者包括Inc.、Bioconservacion S.A.、BioXTEND Inc.、DeltaTrak、Ethylene Control Inc.、Hazel Technologies、Keep-it-Fresh、Lipmen Co. Ltd.、SECCO International Group和Symphony Environmental Ltd.等公司，它们提供了针对新鲜农产品供应链不同环节的多样化产品组合（IndustryARC，2024年）。由于在长途运输和国际贸易中保持农产品质量的关键需求，运输和仓储环节占据了商业应用的最大份额（Maximize Market Research，2024年）。
将乙烯清除研究转化为商业产品，是实验室创新与实际采后管理之间的重要桥梁。本节将探讨市面上可购买的技术，区分以下三类：（i）具有经过同行评审的性能数据的产品；（ii）仅提供制造商报告数据的产品；（iii）缺乏公开有效性证明的产品。商业产品的入选基于其在市场中的存在性和性能声明的可用性；入选并不代表推荐。在可行的情况下，我们会将商业产品的性能与关于同等或类似配方的学术研究成果进行对比。这项分析旨在识别哪些经过实验室验证的技术已经实现了商业化，并指出研究结果与市场应用之间的差距。
4.1. 商业乙烯清除产品概述
表3提供了市面上可购买的乙烯清除产品的全面概述，包括其清除材料、目标应用以及经过验证的性能数据。商业产品可以根据其作用机制大致分为三类：基于高锰酸钾的氧化剂、基于沸石的吸附剂以及结合多种机制的混合系统。
表3. 市面上可购买的乙烯清除产品概述，区分了经过同行评审的验证数据和制造商报告的性能声明
| 产品名称/公司 | 清除材料 | 目标应用 | 经验证的性能数据 |
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| Keep It Fresh（小袋/袋） | 沸石 + 高锰酸钾（透气膜中） | 水果/蔬菜/花卉的储存、运输和零售（小袋、垫子、薄膜、袋子） | 公司内部测试显示保质期延长（例如：某些商品比空气中延长2-5倍） |
| Bi-On® Bioconservacion | 4-6% 高锰酸钾在沸石上 + 氧化铝 | 核果、浆果、叶类蔬菜 | 草莓：保质期12-15天（对照组：5-7天）；重量损失减少30-40%；在5-10°C下乙烯去除率超过95% |
| Dry Pak | 基于高锰酸钾的颗粒/吸附介质（商业小袋/过滤器） | 商业/工业运输、冷链、MAP箱、纸箱和运输容器 | 广泛应用于工业领域，并在评论中被提及；制造商提供产品数据表，但具体的乙烯吸收率/ppm为专有信息，未在公开文献中广泛发布 |
| Ethylene Control Inc. | 过滤器 | 容器/仓库应用 | 商业储存：乙烯浓度保持在0.1 ppm以下；香蕉：成熟延迟9-12天；花朵衰老延迟5-8天 |
| PEAKfresh® 袋 | 1-3% 天然沸石掺入薄膜 | 新鲜农产品零售包装 | 番茄：颜色发展延迟4-6天；水分凝结减少60-70%；乙烯浓度：0.3-0.5 ppm（对照组：2-5 ppm） |
| ItsFresh® 卡片 | 高锰酸钾专有配方 | 零售包装插件 | 鳄梨：保质期延长2-4天；芒果：叶绿素保留率提高25%；乙烯减少70-85% |
| Hazel AvoLast™ | 1-MCP小袋技术 | 单果包装（鳄梨） | 鳄梨：零售期间保质期延长2-4天；供应链浪费减少30-40%；硬度损失减少45% |
| Evert-Fresh® 袋 | 天然矿物（clinoptilolite沸石）在LDPE中 | 家用/零售储存 | 一般农产品：新鲜度延长3-5天；乙烯减少50-65%；保持水分平衡 |
| Bluapple® | 沸石基质浸渍NaMnO4 | 家用农产品（冰箱保鲜盒、碗、架子） | 用于减缓水果/蔬菜的成熟 | 每包在典型厨房使用条件下的使用寿命为3个月；声称每克反应物去除C2H4的效率最高，但无公开同行评审的数据 |
| Environ Care Products：乙烯去除小袋 | 活性碳/矿物浸渍 | 新鲜农产品从农场到零售商再到消费者家的保质期延长 | 公司描述称除了去除乙烯外，还能杀死霉菌、腐烂物质、真菌和细菌 |
基于高锰酸钾的小袋在商业市场上占据主导地位，因为其效果已被证实且成本效益高。Ethylene Control Inc.提供使用8-10%高锰酸钾在氧化铝载体上的过滤系统，适用于工业冷链储存和运输应用，可在商业储存中将乙烯浓度保持在0.1 ppm以下，同时实现香蕉成熟延迟9-12天，花朵衰老延迟5-8天（表3）。Bioconservacion S.A.生产的Bi-On®产品线含有4-6%高锰酸钾在沸石和氧化铝载体上，适用于各种包装尺寸，可将草莓的保质期从5-7天延长至12-15天，重量损失减少30-40%，在5-10°C下乙烯去除率超过95%。DeltaTrak提供的Freppe®（Freshness Preserved）小袋适用于商业水果和蔬菜行业，根据初始浓度、湿度条件和清除剂装载量，通常可实现85-100%的乙烯去除率[24]。Dry Pak生产基于高锰酸钾的颗粒和吸附介质小袋，广泛用于商业运输、冷链操作和MAP箱，但具体的乙烯吸收率仍为专有信息。
基于沸石的产品通过物理吸附而非化学氧化发挥作用，适用于那些对氧化剂残留物有监管顾虑的应用场景。Keep It Fresh生产的小袋和袋子含有沸石和高锰酸钾，封装在透气Tyvek膜中，用于水果、蔬菜和花卉的储存，公司报告称与空气储存相比，某些商品的保质期可延长2-5倍（表3）。Lipmen Co. Ltd.、SECCO International Group和Sercalia, SL生产的沸石基小袋虽然去除能力可能低于基于高锰酸钾的替代品，但具有较好的安全性。Bluapple®使用浸渍了钠锰酸盐（NaMnO4）的沸石基质，适用于家用冰箱保鲜盒，声称每包使用寿命为3个月，每克反应物的效率最高，但缺乏同行评审的容量数据。
与从包装内空间去除乙烯的物质不同，1-MCP（施用浓度为0.1-1.0 μL/L）通过阻断果实组织中的乙烯受体来防止生理反应，无论乙烯浓度如何。如表3所示，SmartFresh®可将苹果的储存期延长90-180天，硬度保持率提高15-20%，乙烯产生量减少80-95%。Hazel Technologies开发的Hazel®平台通过可生物降解的小袋将1-MCP输送到运输箱中，AvoLast™可将鳄梨的成熟期延长2-4天，供应链浪费减少30-40%，硬度损失减少45%，通过优化1-MCP释放动力学适应Hass鳄梨的供应链（Hazel Technologies，2023年）。Fresh Inset的Vidre+以贴纸形式提供1-MCP，可在储存、运输和零售展示过程中保持果实的质地、硬度、风味和外观。
将乙烯清除功能直接整合到包装材料中的活性薄膜代表了不断发展的商业领域。Evert-Fresh Corporation Ltd.生产的含沸石的聚乙烯薄膜利用天然矿物（clinoptilolite沸石）在LDPE基质中，使一般农产品的新鲜度延长3-5天，乙烯减少50-65%，同时保持水分平衡（表3）。PEAKfresh USA生产的袋子含有1-3%天然沸石，可使番茄的颜色发展延迟4-6天，水分凝结减少60-70%，包装内空间乙烯浓度为0.3-0.5 ppm（对照组：2-5 ppm）。Grofit Plastics针对消费市场和商业市场提供类似的沸石薄膜技术。OhE Chemicals（日本）生产Crisper SL聚合物薄膜，而Nippon Container Corporation为日本市场提供FAIN薄膜。E-I-A Warenhandels GmbH（奥地利）生产Profresh薄膜，使用聚合物基质中的矿物成分。
专用产品针对特定市场细分。ItsFresh®卡片使用专有的高锰酸钾配方作为零售包装插件，可将鳄梨的保质期延长2-4天，提高芒果的叶绿素保留率25%，并减少70-85%的乙烯（表3）。Environ Care Products生产的乙烯去除小袋使用活性炭和矿物浸渍，从农场到零售商再到消费者家的保质期延长，同时具有抗菌作用，可抑制霉菌、腐烂物质、真菌和细菌。Mitsubishi Gas Chemical Co. Ltd.生产的SendoMate小袋使用活性炭和金属催化剂，同时开发了含有类似活性系统的薄膜格式，提供催化乙烯氧化功能并具有再生潜力，但由于成本较高，主要应用于高端农产品。
最近的商业发展包括使用TiO2纳米颗粒的光催化薄膜，用于光激活的乙烯降解，但由于在黑暗储存环境中对光照的要求，这些产品在市场上的普及程度有限。基于Halloysite纳米管的薄膜在实验室中表现出有效性，但尚未实现商业化。第2.2.3节讨论的金属有机框架（MOF）基清除剂虽然具有出色的吸附性能，但目前尚无用于食品包装的商业产品。大规模的乙烯管理采用安装在冷链通风系统、冷藏集装箱和仓库空气处理设备中的过滤系统。Bioconservacion S.A.提供可与现有暖通空调基础设施集成的工业过滤盒，而Isolcell S.p.A.提供结合乙烯管理和O2/CO2控制的调节气氛储存系统。
4.2. 新鲜农产品的应用研究
4.2.1. 乙烯跃变型水果
乙烯跃变型水果在成熟过程中会产生自催化的乙烯，使其成为乙烯清除干预的主要目标。这些水果在成熟高峰期会产生大量乙烯（10-100+ μL/kg/h），加速包括软化、颜色变化和最终衰老在内的成熟级联反应。香蕉由于对乙烯的高度敏感性、商业重要性和显著的采后损失，是研究最广泛的水果之一。Öztürk（2023年）的研究表明，基于小袋和薄膜的乙烯清除系统在13°C的被动MAP条件下可将香蕉的可接受性维持9天，包装内空间乙烯浓度达到0.45 μL/L[69]。Wei等人（2023年）引入了负载铂的金树枝状介孔二氧化硅（Pt/DMS），显示出通过催化氧化显著延长香蕉采后保质期的潜力[20]。Maldonado等人（2024年）证实，含有纳米TiO2的薄膜通过光催化乙烯降解可将香蕉的保存期延长至10天。商业产品如Evert-Fresh®袋可将香蕉的新鲜度延长3-5天，乙烯减少50-65%（表3）。
苹果是最早批准使用1-MCP处理的水果之一，SmartFresh®应用可延缓软化并防止灼伤现象，同时在控制气氛储存条件下将采后寿命延长90-180天，硬度保持率提高15-20%（表3）。Chophi等人（2023年）证明KMnO4-活性炭系统可在冷藏储存期间保持苹果的硬度和酸度超过60天。Ethylene Control Inc.的过滤器可在商业苹果储存设施中将乙烯浓度保持在0.1 ppm以下，从而延长储存时间和保持品质。
芒果的保存面临特殊挑战，因为它们容易受到冷害、呼吸速率高以及收获后快速成熟的影响。Chanka等人（2024年）使用从甘蔗渣灰中提取的KMnO4浸渍的非晶二氧化硅-氧化铝实现了100%的乙烯去除，处理过的芒果硬度损失比对照组低约22.57%[24]。高透气性的含沸石薄膜可将芒果的保质期在12°C下延长至40天，而未包装的果实仅为20天，标准聚乙烯包装仅为5天[72]。Jiang等人（2024b）证明，六醛负载的ZIF-8/季铵化壳聚糖复合涂层通过直接表面应用可将芒果的保质期延长8天[59]。ItsFresh®卡片可使芒果的叶绿素保留率提高25%，乙烯减少70-85%（表3）。
番茄具有独特的成熟特性和明显的颜色发展阶段，对乙烯非常敏感。Kaewklin等人（2018年）证明壳聚糖-TiO2纳米复合薄膜通过光催化降解减少了储存番茄的乙烯浓度，从而延长了保质期[73]。Zakriya等人（2023年）优化了KMnO4与CaCl2的组合处理方法，用于番茄储存，通过协调乙烯去除和钙介导的硬度维持实现了显著的保质期延长[47]。PEAKfresh®袋可将番茄的颜色发展延迟4-6天，同时减少水分凝结60-70%，包装内空间乙烯浓度为0.3-0.5 ppm（对照组：2-5 ppm）。
鳄梨的保存具有独特挑战，因为它们不在树上成熟，而是在收获后迅速软化。Sonawane等人（2024年）开发了结合鳄梨生理学、包装穿孔和KMnO4清除动力学的预测模型，证明基于清除剂的乙烯去除方法在保持低包装内空间乙烯水平方面优于基于穿孔的通风方法[61]。Hazel Technologies与Mission Produce的合作验证了1-MCP小袋技术在全球鳄梨供应链中的有效性，AvoLast™可将鳄梨的成熟期延长2-4天，供应链浪费减少30-40%，硬度损失减少45%（表3）。Wang和Ajji（2023年）开发了含有KMnO4和浮石的LDPE多层薄膜，通过结合氧化和吸附机制实现鳄梨的保存。ItsFresh®卡片通过基于高锰酸盐的乙烯还原技术，将牛油的保质期延长了2-4天[74]。核果和浆果从乙烯清除干预中显著受益。Bioconservacion的Bi-On®小袋将草莓的保质期从5-7天延长到了12-15天，并且在5-10°C的温度下减少了30-40%的重量损失和超过95%的乙烯[表3]。Álvarez-Hernández等人（2021年）使用装载在高锰酸钾上的蒙脱石，在改良气氛包装中的小袋中，将蓝莓的保质期延长到了27天[45]。4.2.2. 非成熟期农产品非成熟期农产品不会产生自催化的乙烯，但对外源性乙烯非常敏感，这会加速衰老、叶绿素降解和品质下降。因此，有效的乙烯管理对于储存和分销过程中的品质保持至关重要。西兰花是一种对乙烯高度敏感的蔬菜，乙烯会加速其叶绿素降解、黄化和花蕾开放。含有沸石的LDPE薄膜在4°C下将西兰花的储存时间从5天（未包装）延长到了20天，同时保持了其绿色和质地[40]。Upadhyay等人（2022年）证明，浸渍了海泡石粘土的玉米淀粉-阿拉伯胶薄膜通过乙烯吸附和可生物降解的基质特性，有效保持了新鲜西兰花的品质[42]。Alonso-Salinas等人（2023年）研究了高锰酸钾、紫外线辐射和二氧化钛对西兰花品质的综合影响，显示出通过综合去除乙烯、抗菌活性和氧化应激管理可以增强其保存效果[12]。叶类蔬菜会因乙烯而发生叶绿素分解、叶片黄化和衰老加速，从而降低市场价值。涂有高锰酸钾的沸石纳米颗粒通过从包装空间中去除乙烯，提高了冰山生菜和白菜的储存品质（Kalaj等人，2008年）。胡萝卜在接触乙烯后会产生苦味（异香豆素合成），因此乙烯管理对于保持品质至关重要[71]。MAP结合乙烯清除技术可以在冷藏过程中防止苦味化合物的积累，同时保持橙色和脆性。乙烯暴露会促进储存中的土豆发芽和糖分积累，影响其保质期和加工品质。商业冷藏操作采用乙烯过滤系统来处理混合储存或靠近成熟室带来的污染。含有沸石清除剂的活性包装通过去除乙烯并结合湿度管理，延长了黄瓜的保质期。切花是一个重要的应用领域，因为乙烯敏感性会导致许多重要商业品种的花瓣萎蔫、脱落和衰老加速。Ethylene Control Inc.的过滤器在将乙烯浓度保持在0.1 ppm以下时，可以延缓花朵衰老5-8天（表3），这推动了花卉产业对乙烯吸收剂的巨大需求。4.2.3. 新鲜切割产品新鲜切割的水果和蔬菜是一个快速增长的市场领域，由于伤口引起的应激反应、代谢加速以及加工后微生物易感性增加，它们面临着独特的乙烯管理挑战。切割操作会破坏细胞结构，触发乙烯生物合成、呼吸作用增强和酶促褐变。新鲜切割处理通过激活ACC合成酶和ACC氧化酶诱导乙烯产生，伤口处的乙烯产生量是完整组织的5-20倍，需要持续的清除能力。新鲜切割苹果的保存需要协调管理酶促褐变、质地软化和微生物生长。Du等人（2023年）开发了基于植物化学的可食用涂层，结合光动力保存技术，解决了褐变、乙烯和微生物问题[75]。新鲜切割的梨产品在加工后会出现快速褐变和软化，乙烯加速了这两种劣化过程。Magri等人（2024年）证明，含有CMC、海藻酸钠、柠檬酸和草酸的活性逐层可食用涂层在2°C下储存10天内，可以延缓褐变、减少蛋白质降解并延缓衰老反应[63]。瓜类产品面临乙烯引起的软化和严重的食品安全问题。结合乙烯清除剂和抗菌剂的活性包装可以同时满足双重保存要求。新鲜切割的芒果、木瓜、菠萝和其他热带水果需要仔细的乙烯管理，以平衡成熟进程和保质期要求。含有产生乙烯和敏感乙烯成分的混合沙拉产品存在复杂的保存挑战。在混合沙拉包装中去除乙烯可以防止交叉污染，因为少量产生乙烯的成分（如番茄片、切割水果）会加速对乙烯敏感的叶类蔬菜的衰老。4.3. 性能评估和品质评估方法系统地评估乙烯清除系统的性能需要标准化的方法，以评估整个储存期间的清除效果和产品质量影响。图4展示了乙烯清除系统在标准化、安全评估和优化方面的关键差距。解决这些差距需要开发统一的测试协议和全面的验证方法。下载：下载高分辨率图像（239KB）下载：下载全尺寸图像图4. 乙烯清除包装系统的关键差距和未来研究方向：(A) 标准化、安全评估和性能优化的挑战，以及(B) 基于生理学的动力学建模框架，用于在供应链条件下优化乙烯积累控制。气相色谱法配合火焰离子化检测（GC-FID）是乙烯量化的金标准，可以对亚ppm浓度的乙烯进行检测，检测限通常在0.01-0.1 ppm之间，具体取决于注射量和柱子规格[76]。便携式光声乙烯分析仪（例如ETD-300, Sensor Sense）可以实现实时现场测量，检测限为0.3-6 ppb，适用于连续的包装空间监测[77]。采用电化学传感器和乙烯选择性膜的电流检测方法提供了紧凑且经济高效的商业应用选择，尽管灵敏度较低（检测限为1-10 ppm），并且对其他还原性气体有交叉敏感性。全面的包装空间分析可以同时测量O2、CO2和C2H4浓度，捕捉由农产品呼吸作用、薄膜渗透性和清除剂活性引起的大气动态。关键评估包括监测厌氧条件（O2 < 1-2%），这些条件会导致发酵、异味和组织损伤，即使乙烯控制有效也是如此。使用穿透仪或质地分析仪测量硬度可以定量评估软化，这是与乙烯介导的成熟相关的主要质地变化。使用色度计或分光光度计测量颜色可以捕捉与成熟相关的颜色变化，通过L*a*b*颜色空间坐标来表示。重量损失测定可以监测影响水分含量、硬度和视觉品质的失水情况。总可溶性固体（TSS，°Brix）的测量可以跟踪成熟过程中的糖分积累，而可滴定酸度的下降伴随着有机酸作为呼吸底物的作用。抗坏血酸（维生素C）含量作为对氧化降解敏感的营养品质指标。包括多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）、聚半乳糖醛酸酶（PG）和果胶甲酯酶（PME）在内的酶活性测量可以提供关于乙烯管理调节的褐变和软化过程的机制洞察。经过培训的评审小组和消费者接受度测试通过人类感知评估提供了保存效果的最终验证。经过培训的评审小组的描述性分析使用标准化量表来表征特定的感官属性（外观、香气、风味、质地）。保质期终点确定采用感官拒绝阈值来定义最低可接受品质。结合物理、化学和感官测量的多参数品质指数提供了全面的保存评估。总需氧菌计数、酵母和霉菌计数以及病原体测试可以同时解决食品安全和品质保存问题。缺乏标准化的测试协议使得不同研究之间的清除剂性能比较变得复杂。可变测试条件，包括温度、湿度、初始乙烯浓度、清除剂加载量和农产品特性，限制了直接的性能排名。从表3的性能数据可以看出，商业产品报告的指标（去除效率、保质期延长、硬度保持）由于测试条件的不同而难以直接比较。开发统一的测试标准将有助于商业产品选择和研究进展的验证，解决图4中指出的关键差距。4.4. 标准化和实时应用中的关键差距每个清除剂类别在现实世界中都存在特定的限制，这些限制在实验室评估中很少被捕捉到。活性炭在相对湿度超过80%时，由于水蒸气吸附的竞争作用，其容量会减少40-60%，而在冷链分销过程中的温度波动会导致之前捕获的乙烯解吸[30]，[78]。沸石的批次间容量变化范围为±15-25%，天然来源的沸石在相对湿度超过85%时会发生孔隙堵塞[29]。高锰酸钾在高乙烯负荷（>50 ppm）下的性能会下降，因为MnO2沉积会形成表面扩散屏障，而水分引起的过锰酸盐溶解会增加食品接触迁移风险[24]。光催化二氧化钛和氧化锌在储存的前7天内由于对农产品释放的挥发性有机化合物的竞争吸附而活性降低30-70%，在黑暗冷藏条件下活性几乎消失[25]，[51]。MOFs在相对湿度超过85%时在14天内会发生结构降解，这与商业新鲜农产品的储存要求不兼容[52]，[53]。这些材料特定的限制表明，当将实验室性能指标外推到商业供应链条件时，会大大高估其实际效果。类似的活性包装类别已经建立了统一的测试框架，例如ASTM F1307，其中规定了清除剂的乙烯浓度范围、温度、湿度和包装几何形状作为强制性报告参数。目前还没有针对乙烯清除剂的等效标准。在回顾的文献中，测试的乙烯浓度范围从0.1 ppm到超过1000 ppm，温度范围从2°C到25°C，相对湿度范围从40%到95%，其中不到15%的研究同时测试了这三个参数[23]，[27]。储存时间从24小时到60天不等，对于终点定义没有共识。这种异质性使得不同研究、材料和格式之间的直接性能比较变得非常复杂，突显了研究界和标准机构（如ASTM或ISO）迫切需要制定统一的乙烯清除包装系统测试指南。5. 法规、安全和可持续性考虑乙烯清除系统的商业化需要符合不同司法管辖区的食品接触材料法规。各种乙烯清除材料的法规状态、安全参数、环境影响和生物降解性指标在表4中进行了总结。表4. 欧盟和美国法规框架下乙烯清除材料的法规状态、安全参数、环境影响和生物降解性指标材料类别法规状态（欧盟/美国）迁移限制和毒性数据环境影响评估生物降解性和处置关键问题活性炭欧盟：EFSA批准（2011年10月）；美国：FDA GRAS（21 CFR 184.1324）最大迁移限：60 mg/kg；口服LD50：>5000 mg/kg；无遗传毒性生产：15-25 MJ/kg；温室气体：2-4 kg CO2eq/kg；水：50-100 L/kg可生物降解：90天内60-80%；可堆肥；可再生碳源再生能量密集型（600-900°C）；来源可持续性变量；粉尘产生沸石欧盟：授权（2011年法规）；美国：FDA批准（21 CFR 182.2727）最大迁移限：<5 mg/kg；重金属：Pb <5 ppm，As <3 ppm；口服LD50：>5000 mg/kg处理：8-15 MJ/kg；温室气体：1.5-3 kg CO2eq/kg；土地扰动：2-4 m2/吨不可生物降解但惰性；可回收；安全填埋处置；农业再利用潜力重金属污染风险（±20-30%）；采矿环境影响；不可再生资源消耗海泡石纳米管欧盟：正在评估（新型材料）；美国：FDA尚未反对（GRAS待定）迁移数据有限（<10项研究）；IC50 >100 μg/mL；遗传毒性：阴性提取：10-20 MJ/kg；无需煅烧；温室气体：1.8-2.5 kg CO2eq/kg不可生物降解；环境持久性>100年；低生态毒性（LC50 >1000 mg/L长期安全性数据有限；纳米颗粒特定法规正在制定（欧盟2018/1881）；来源有限；成本变化±40%高锰酸钾在载体上的应用欧盟：有限制地授权（OML 0.1 mg/kg Mn）；美国：FDA批准（21 CFR 173.315）最大迁移限：0.1 mg/kg Mn；口服LD50：1090 mg/kg；皮肤/眼睛刺激物；氧化剂危害生产：35-50 MJ/kg；温室气体：8-12 kg CO2eq/kg；载体增加10-20 MJ/kg不可生物降解；废弃材料含有MnO2（危险物质）；需要特殊处置迁移问题：18-25%的研究显示Mn >0.1 mg/kg；紫色变色导致消费者拒绝率60-70%；氧化剂分类增加了运输复杂性二氧化钛纳米颗粒欧盟：新型食品法规（2015/2283）要求上市前批准；美国：FDA GRAS，对颗粒大小有要求颗粒大小至关重要：<100 nm需要额外数据；口服LD50：>5000 mg/kg；ROS生成问题生产：100-150 MJ/kg；温室气体：20-30 kg CO2eq/kg；高能量合成不可生物降解；环境持久性>1000年；水生毒性：LC50 5-50 mg/L纳米颗粒迁移：检测到0.01-0.5 mg/kg；光催化活性=食品中的促氧化剂；消费者拒绝率68%（纳米标签）二氧化锌纳米颗粒欧盟：需要新型食品授权；美国：FDA正在审查ZnO的GRAS最大迁移限：25 mg/kg（作为Zn）；口服LD50：5000 mg/kg；纳米ZnO更具毒性：LC50 1-10 mg/L生产：80-120 MJ/kg；温室气体：15-25 kg CO2eq/kg；能量密集型合成不可生物降解；环境持久性>1000年；水生毒性：LC50 5-50 mg/L纳米颗粒迁移：0.01-0.5 mg/kg；光催化活性=食品中的促氧化剂；消费者拒绝率68%（纳米标签）ZnO纳米颗粒欧盟：需要新型食品授权；美国：ZnO的FDA GRAS正在审查最大迁移限：25 mg/kg（作为Zn）；口服LD50：5000 mg/kg；纳米ZnO更具毒性：LC50 1-10 mg/kg生产：80-120 MJ/kg；温室气体：15-25 kg CO2eq/kg；能量密集型合成不可生物降解；溶解缓慢；生态毒性比块状Zn高2-10倍纳米颗粒的毒性取决于大小/形状（±5 nm = ±50%毒性）；迁移量在酸性食品中为0.1-2 mg/kg；批次间变异性±15-30%；潜在的微生物组干扰MOFs（MIL-101, ZIF-8）欧盟：未授权（新型材料）；美国：FDA未批准用于食品接触毒性数据稀缺（<15项研究）；MIL-101：铬泄漏问题；ZIF-8：口服LD50 >2000 mg/kg生产：150-250 MJ/kg；温室气体：30-50 kg CO2eq/kg；有机连接剂50-80%在6个月内可生物降解；金属成分持久性无监管途径；成本高昂（$50-200/kg，比沸石高40倍）规模扩大挑战；在潮湿条件下的稳定性未得到验证；金属泄漏风险（Cr, Zr）壳聚糖欧盟：EFSA批准；美国：FDA GRAS（来自海产品的）最大迁移限未指定（视为安全）；口服LD50：>16,000 mg/kg；过敏原性问题（2-3%人群）生产：25-40 MJ/kg；温室气体：3-6 kg CO2eq/kg；海产品废弃物增值；水分吸收（100-150%重量增加>85%RH）可生物降解：90天内>90%；可堆肥；海洋可降解；可再生资源批次间变异性（脱乙酰化75-95%）；水分吸收（100-150%重量增加>85%RH）；需要过敏原标签；有限的乙烯清除能力与矿物清除剂相比5.1. 法规框架在欧盟，法规（EC）No. 1935/2004为食品接触材料建立了通用安全要求，而法规（EC）No. 450/2009特别针对活性和智能材料。总体迁移限值（OML）设定为每公斤食品60毫克，而特定迁移限值（SML）则根据欧洲食品安全局（EFSA）的毒理学评估结果针对个别物质进行规定。美国食品药品监督管理局（FDA）依据21 CFR法规监管与食品接触的物质，其中传统清除材料被认定为“普遍认为安全”（GRAS）物质。如表4所示，活性炭获得了EFSA的批准（法规10/2011）和FDA的GRAS认证（21 CFR 184.1324）。这两个监管机构都将活性炭归类为低风险物质，因此不需要设定特定的迁移限值。天然沸石也获得了欧盟法规10/2011的授权，并获得了FDA的批准（21 CFR 182.2727），其SML低于5毫克/公斤。欧盟和美国的法规对于沸石的规定是一致的，两者都允许其在无需上市前通知的情况下用于食品接触应用。HALLOYSAIT纳米管已获得FDA的食品接触应用批准，从而促进了其商业化应用[79]。高锰酸钾在欧盟法规下有使用限制（OML 0.1毫克/公斤Mn），同时也获得了FDA的批准（21 CFR 173.315）。然而，EFSA对锰的OML要求更为严格，为0.1毫克/公斤，这反映了两者在氧化剂残留物处理方面的不同预防措施[23]。TiO2纳米颗粒在欧盟新食品法规（2015/2283）下需要上市前审批，粒径小于100纳米的颗粒还需提供额外的安全数据。这表明两者在监管要求上存在显著差异：FDA允许使用粒径受限的TiO2作为GRAS物质，而EFSA则要求纳米形式的TiO2必须提交完整的上市前安全文件，从而延长了审批时间2-4年。金属有机框架（MOFs）在欧盟和美国均未被批准用于食品接触应用，因此无论其实验室性能如何，这些材料在受监管市场中都无法实现商业化。
5.2. 安全性考虑
主要的安全问题集中在合成清除剂上。基于KMnO4的系统存在迁移问题，有18-25%的研究报告显示锰含量超过了0.1毫克/公斤的限值（表4）。KMnO4的急性氧化剂分类（联合国第5.1类）进一步增加了储存和运输的复杂性。掺杂金属的材料（银、钯、铜、锌纳米颗粒）需要全面的迁移和毒性评估，但这些评估尚未完成[23][33]。含有纳米颗粒的薄膜由于颗粒尺寸小于50纳米且长期安全性数据有限，因此受到更严格的监管审查。TiO2纳米颗粒的迁移量在0.01-0.5毫克/公斤之间，当标注为纳米产品时，消费者拒绝率高达68%（表4）。银纳米颗粒同样未获得FDA的GRAS认证，其迁移和长期毒性数据也不完整[33][38]。天然清除剂具有良好的安全性记录，并且有成熟的食品接触应用历史。活性炭没有基因毒性，口服LD50超过5000毫克/公斤；沸石的安全性也类似，其SML低于5毫克/公斤（表4）。这些材料符合消费者对清洁标签保存技术的偏好[28]。因此，在选择材料时，除了清除性能外，还应主要考虑天然和合成清除剂之间的安全性差异。
5.3. 环境影响与可持续性
可持续性因素日益影响清除剂的选择；然而，目前尚未发表任何经过同行评审的生命周期评估（LCA）研究来量化乙烯清除包装系统的环境足迹。表4中报告的环境参数是材料级别的估算值，而非系统级别的LCA值，未来在对比不同清除剂类别的可持续性之前，应优先解决这一差距[23][27]。如表4所示，活性炭的环境影响适中（生产能耗：15-25 MJ/kg；温室气体排放：2-4 kg CO2eq/kg），90天内可生物降解60-80%。天然沸石的生产能耗为8-15 MJ/kg；虽然不可生物降解，但它们是惰性的且可回收。合成材料的环境足迹较高：TiO2纳米颗粒的生产能耗为100-150 MJ/kg，持久性超过1000年；MOFs的生产能耗为150-250 MJ/kg，成本约为50-200美元/公斤，限制了其商业可行性。源自农业废弃物的载体（甘蔗渣灰、椰壳灰、砖灰）通过利用副产品流减少了原生材料的消耗[15][24]。壳聚糖具有较高的可持续性，90天内可生物降解超过90%，同时还能利用海鲜废弃物。关于产品寿命终结管理，含有沸石的聚乙烯薄膜通常因矿物污染而被排除在标准塑料回收流程之外，即使填料含量很低（5 wt%），因为无机颗粒会降低机械回收过程中的熔融质量[80]。同样，含有无机清除剂（沸石、HNTs）的可生物降解基质在堆肥过程中仍会留下持久的矿物残留物。含有MnO2残留物的废弃KMnO4载体在许多地区被视为危险废物，需要特殊处理，这比传统包装材料更复杂[23][43]。
6. 结论与未来展望
本综述系统分析了乙烯清除材料及其在采后保存功能包装系统中的集成应用。天然清除剂如活性炭、沸石、HALLOYSAIT纳米管和源自农业废弃物的吸附剂展示了可持续的替代方案，具有良好的安全性和中等到高的吸附能力。合成清除剂，特别是基于KMnO4的系统和光催化金属氧化物，虽然去除效率更高，但需要仔细考虑迁移限值和合规性问题。多种集成策略，如小袋包装、活性薄膜、可食用涂层和MAP集成，为特定应用提供了解决方案，商业产品已显著延长了易腐和非易腐农产品的保质期。基于发现的关键差距，未来的研究应重点关注：(i) 开发标准化测试协议，以评估实际储存条件下的清除效果；(ii) 对基于纳米颗粒的清除剂进行全面的迁移和安全性研究；(iii) 优化清除剂与聚合物的相容性，以保持薄膜的机械性能和阻隔性能；(iv) 验证结合吸附和氧化机制的混合系统；(v) 将乙烯清除技术与智能包装结合，实现实时监测；(vi) 对清除材料进行生命周期评估，以量化环境效益。通过战略性材料选择和包装设计优化，可以结合天然和合成方法，开发出具有商业可行性的乙烯清除系统，实现可持续的采后管理。
**作者贡献声明**
Saroat Rawdkuen：撰写、审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取、概念构思。
Young Hoon Jung：撰写、审稿与编辑。
Di Wu：撰写、审稿与编辑。
Wanli Zhang：撰写、审稿与编辑。
Subhash V. Pawde：撰写初稿、验证、方法学设计、数据整理、概念构思。
**利益冲突声明**
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
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