引言
随着消费者科学素养和食品安全意识的提升，人们对食品的可持续性及新鲜度的关注度也越来越高。通常，人们会依据传统包装上的保质期信息来判断食品是否新鲜，但这类静态信息无法反映食品新鲜度实际的动态变化（Ehtesabi & Afkaneh, 2025）。智能包装旨在监测新鲜农产品的内部与外部环境变化，其中一种常用方法就是使用变色指示剂，通过视觉变化来反映食品质量，从而快速判断其安全性与新鲜度。这类方法一般依靠嵌入包装膜中的pH值或氨敏感化合物，这些化合物会因食品变质过程中产生的代谢物而改变颜色，进而为评估产品状态提供直观依据（Huang et al., 2025）。虽然溴酚紫和甲基红等合成染料因其极高的显色灵敏度而被广泛用于此类智能包装系统中，但由于其成本较高且可能存在毒性，人们开始寻找更安全、天然来源的替代品。花青素是一类存在于植物中的水溶性色素，目前是研究最多的用于指示食品新鲜度的天然物质（Hidayaty et al., 2026）。不过，花青素的结构稳定性易受环境因素影响，尤其是当环境pH值上升时，其稳定性会下降（Taghavi, Patel, & Rafie, 2022）。因此，寻找更稳定的天然变色指示剂十分重要。从茜草根中提取的茜素在储存过程中由于微生物和化学反应导致的pH值变化，会出现从黄色到紫色的明显颜色变化，从而实现食品质量的实时检测（Parya Ezati, Rhim, Moradi, Tajik, & Molaei, 2020）。由于其提取简便、灵敏度高，且能快速响应pH值变化而改变颜色，茜素具有作为pH敏感指示剂的巨大潜力。此外，它还具有非细胞毒性，同时还具备抗菌和抗氧化特性，这使其在生物活性包装膜中的应用前景十分广阔。
肉类富含营养，因此在储存和运输过程中很容易变质。在新鲜肉类变质过程中，会生成生物胺和醛类等挥发性碱性化合物（如二甲胺、三甲胺和氨），从而导致包装内部环境呈碱性（Awasthi et al., 2025）。这一特性为开发用于监测肉类新鲜度的智能传感材料提供了可能。然而，仅有指示功能的薄膜并不足以实现全面的肉类保存，肉类加工行业迫切需要开发兼具抗菌功能与新鲜度监测功能的双功能生物活性薄膜。在制备这类双功能薄膜时，研究人员通常采用双层结构：外层为含抗菌剂的疏水层，用于阻挡水分和微生物侵入；内层为含有比色指示剂的亲水层，以提高显色灵敏度（J. N. Zhang et al., 2022）。不过，传统的食品包装材料主要是以石油基原料为基底，虽然具有良好的阻隔性和韧性，但不仅难以有效保持食品的新鲜度，还会造成环境污染，不利于生态可持续发展。因此，随着环保意识的提高，人们开始寻求能够替代传统薄膜的环保材料——可生物降解的有机材料。
在众多生物材料中，聚3-羟基丁酸-共-3-羟基戊酸酯（PHBV）是一种完全可生物降解的聚酯，它具有优异的生物相容性以及良好的阻水/阻气性能，非常适合用作双功能薄膜的外层材料。然而，PHBV本身缺乏强相互作用的功能基团，因此仅用PHBV制成的薄膜力学性能较差，而且很难与无机抗菌剂（如纳米氧化锌）混合来制备抗菌薄膜（Yu, Lan, Wang, Fang, & Sun, 2010）。为了解决这些问题，需要将PHBV与其他聚合物材料（如PLA）混合，以此提升薄膜的性能。不过，这种改性方式会增加制造过程的复杂度和成本（Guo et al., 2025）。静电纺丝是一种利用静电作用进行薄膜制备的简单技术，通过施加高电场，可以使纳米材料发生极化与排列（Xu, Setiye, Feng, Wang, & Song, 2025），从而便于将无机抗菌剂有效地掺入PHBV基质中并实现均匀分散和定向排列。此外，在PHBV基层上添加具有良好机械性能的显色层，不仅可以弥补PHBV薄膜本身的力学缺陷，还能赋予其抗菌功能和比色指示功能等多种用途。但目前针对基于PHBV的抗菌-显色双功能薄膜的研究还相对较少。
聚乙烯醇（PVA）是一种无毒的乙烯基聚合物，以其亲水性、可生物降解性以及出色的电学和光学性能而闻名。不过，PVA本身不具备抗菌能力，且力学性能和热性能较差。为了解决这些问题，人们通常会将PVA与改性多糖混合，以此提升其力学性能（Hidayaty et al., 2026）。羧甲基魔芋葡甘露聚糖是魔芋葡甘露聚糖的一种重要衍生物，属于典型的阴离子多糖（M. Wang et al., 2023）。引入羧甲基基团后，可以提升CMKGM的凝胶稳定性，使其成为制作柔性传感器的理想材料。由CMKGM制成的薄膜具有理想的力学性能、防水性以及成膜能力（L. Wang et al., 2014）。最近，Zhang等人（L. B. Zhang, Ding, Liu, & Wu, 2026）发现，将PVA与CMKGM混合使用可以进一步提升复合薄膜的性能；不过，他们所使用的硼砂作为交联剂，限制了该材料在食品领域的应用。目前还没有研究系统地探讨过CMKGM/PVA体系作为显色薄膜基材的特性，以及其在双功能薄膜中的应用效果。因此，在本研究中，我们设计了一种双层功能薄膜：外层为含有抗菌纳米氧化锌的疏水PHBV，用于形成抗菌屏障；内层为含有茜素的PVA/CMKGM混合物，用于实现显色指示功能。为了解决传统单一功能包装薄膜的不足，本研究采用静电纺丝技术制备了这种双层功能薄膜。这种设计不仅能够弥补单一成膜材料的性能缺陷，还能增强各层之间的界面粘附力，从而显著提升薄膜的力学性能。此外，静电纺丝薄膜的多孔结构有利于快速进行质量传递，从而提升其对pH值变化的响应速度，进而提高颜色变化的灵敏度。最后，我们还对该双功能薄膜在新鲜猪肉保存中的应用进行了测试。本研究旨在开发出一种具有多种功能、可用于智能食品包装的生物活性薄膜。
I、PHZ-II和PHZ-III薄膜的静电纺丝溶液进行了菌株扫描测试，旨在确定线性粘弹性区域（LVR）内的特征参数，在该区域内，无论施加多大的应变，弹性模量（G′）和粘性模量（G″）都保持不变。而在非线性区域，随着应变增大，G′和G″开始下降，此时会出现较大的变形趋势，模量会随着振荡应力的增加而降低（Bertolo, Martins，
