智能比色可降解PHBV/PLA/花青素纳米纤维膜在食品新鲜度指示中的应用研究

本文推荐一种基于聚羟基丁酸-戊酸酯(PHBV)/聚乳酸(PLA)/花青素(An)的智能比色纳米纤维膜，通过一步电纺技术实现食品新鲜度可视化监测。该膜在PHBV:PLA=4:6配比下展现最优性能：纤维直径2.02μm，拉伸强度5.01MPa，透湿率206.59g/(m2·h)，DPPH清除率>95%，对氨气(2分钟显色)和乙酸蒸气(6分钟)具有10次循环稳定性，并在虾/猪肉保鲜实验中显示显著生物降解性(21天)。

　　

Highlight

这项研究通过简单的一步电纺技术，开发出兼具可回收功能和生物降解性的食品新鲜度检测纤维膜。聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)/聚乳酸(PLA)/花青素(An)纳米纤维膜展现出以下突破性特征：与PHBV:PLA比例为3:7、6:4和5:5的膜相比，4:6比例的膜表现出最均衡的综合性能——包括均匀的纤维形态(平均直径：2.02μm)、增强的拉伸强度(5.01MPa)、优异的水分透过率(206.59g/(m²·h))以及持续的抗氧化活性(>95%DPPH清除效率)。

Materials

PHBV粉末(98%纯度，溶解度4-16g/min)购自上海际智生化科技有限公司，PLA颗粒(Mw80,000)、高效液相色谱级冰乙酸(Mw60.05)、氨水溶液(25-28%纯度，Mw35.05)和六氟异丙醇(HFIP，99.5%纯度，Mw168.04)购自上海麦克林生化科技有限公司，红甘蓝花青素(An)粉末(25%欧标)来自宝鸡润牧农业发展有限公司。

Morphology of nanofibrous membranes

通过精确控制的一步电纺工艺成功制备了PHBV/PLA/An纳米纤维膜。如图2a所示，3:7和6:4比例的纤维呈现两种明显维度，表明电纺过程中存在轻微粘连和纤维厚度不均现象；而5:5比例的纤维粘连减少，4:6比例的纤维则展现出最均匀的形态结构。

Conclusion

本研究开发出基于PHBV/PLA/An电纺工艺的生物可降解智能比色标签，用于食品新鲜度监测。四种不同比例的纳米纤维膜标签(3:7/4:6/5:5/6:4)表现出4.05-5.36MPa的断裂强度和76.3%-126.47%的应变范围，具有优异的透气性(13.80-31.64mm/s)和透湿性(171.84-206.59g/(m²·h))。所有样品在21天堆肥条件下均显示显著生物降解性，其中4:6比例的膜在虾和猪肉保鲜实验中展现出最灵敏的颜色响应特性。