《Food Research International》：Bilayer TPU films integrating pH-responsive bromocresol purple–fluorescein indicators and carvacrol/tea tree oil-loaded HKUST-1@alkaline lignin: Visualization, controlled release, and meat preservation
编辑推荐：
•开发了一种双层TPU薄膜，该薄膜集成了了对挥发性胺响应的颜色传感和持续的抗菌释放功能。•溴丙酚紫/荧光素在广泛的pH范围内可实现双重颜色和荧光响应。•载有香叶醇/茶树油的L/HKUST-1对测试的革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌具有抗菌活性。•该薄膜对NH3、DMA和TMA表现出可逆
- •
开发了一种双层TPU薄膜，该薄膜集成了了对挥发性胺响应的颜色传感和持续的抗菌释放功能。
- •
溴丙酚紫/荧光素在广泛的pH范围内可实现双重颜色和荧光响应。
- •
载有香叶醇/茶树油的L/HKUST-1对测试的革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌具有抗菌活性。
- •
该薄膜对NH3、DMA和TMA表现出可逆响应，且ΔE与牛肉TVB-N的相关性良好（R2?=?0.9417）。
- •
这种双层薄膜能够延缓冷藏牛肉品质的下降，同时保持其视觉新鲜度。
引言
全球食品损失已成为可持续发展的关键挑战，特别是对于像冷藏鲜肉这样易腐的产品。在冷链储存和运输过程中，微生物生长、蛋白质降解和脂质氧化加速了肉类变质，导致品质下降并造成重大经济损失（Dandrawy等人，2025年；Gennari等人，2019年）。因此，开发既能延缓变质又能提供实时新鲜度信息的包装技术已成为食品包装研究的重要焦点（Snyder等人，2024年）。
传统的包装材料主要通过阻挡氧气、光线和湿气来提供被动保护，但它们无法主动抑制微生物生长或在储存期间指示新鲜度的变化（Sun等人，2025年；Wang等人，2025年）。为了克服这些限制，将新鲜度指示剂与抗菌剂结合的智能主动包装系统受到了广泛关注。pH响应的颜色和荧光指示剂能够通过响应肉类变质过程中产生的挥发性碱性氮化合物来实现视觉监测，而天然抗菌剂可以有效抑制微生物生长并延长食品的保质期（Jitjamrasrat等人，2026年；Khanjanzadeh & Park，2021年；J. Li等人，2026年；Xu，2026年）。然而，将传感器分子和抗菌物质结合到单一基质中往往会因为极性、扩散行为、化学稳定性和释放动力学的差异而产生相互干扰，从而影响传感灵敏度和抗菌性能。
为了解决这一挑战，多层包装结构作为一种有效策略应运而生，能够将不同的功能组件空间分离。先前的研究表明，包含指示层、抗菌层和屏障层的多层薄膜可以提高智能包装系统的综合性能（T. Luo, T. Yao, Z. X. Zhan, B. Gan, X. Wu, & H. Y. Xu, 2026年；Zeng等人，2026年）。更重要的是，功能分离使得传感和保存模块可以分别优化，从而可能减少它们之间的潜在干扰。因此，当前的挑战不再只是构建多层结构，而是合理协调不同的功能层，以实现快速新鲜度监测和持续的抗菌活性。
在天然抗菌剂中，香叶醇（C）和茶树油（T）因其广谱抗菌活性、抗氧化能力和天然来源而受到广泛关注。然而，它们在食品保鲜中的实际应用受到高挥发性、不良水分散性和释放控制不佳的限制，这大大降低了它们的长期抗菌效果（H. Wu等人，2023年；Yang, Bigdeli等人，2026年；Zhou等人，2026年）。因此，开发合适的载体系统以提高精油的稳定性和调节其释放行为对于主动食品包装应用至关重要。
金属有机框架（MOFs）由于其可调的孔结构、较大的比表面积和高负载能力而被广泛研究作为输送载体（Safdar等人，2026年；Zeng等人，2026年）。其中，HKUST-1在封装活性分子方面表现出优异的吸附能力和结构可调性。然而，它在潮湿条件下的水解敏感性会导致框架逐渐降解，这限制了其在食品包装中的实际应用。基于生物的聚合物改性已被认为是提高MOFs稳定性和功能性的有效策略。特别是富含羟基和酚基团的碱性木质素可以通过氢键和配位作用与HKUST-1相互作用，从而可能改善结构稳定性并影响客体分子的扩散。先前的研究表明，木质素/HKUST-1复合材料表现出增强的水稳定性和可控释放能力，使其成为输送活性化合物的有希望的载体（Djahaniani等人，2023年；Kabir等人，2025年；Liu, Kaziem等人，2025年）。因此，木质素改性的HKUST-1成为提高食品包装中抗菌化合物稳定性和可控释放性能的有希望的载体。
由于热塑性聚氨酯（TPU）的柔韧性、耐低温性和可调的气体渗透性，它已成为冷藏食品包装的理想材料（Ouyang等人，2026年；Shin等人，2026年；Wu等人，2024年；Yao等人，2026年）。基于这些优点，本研究采用功能分区策略设计了一种基于TPU的双层智能包装薄膜。外层的浇铸TPU层加入了溴丙酚紫和荧光素作为双重响应指示系统，用于通过挥发性胺检测来视觉监测新鲜度。内层的TPU静电纺丝纤维层使用了碱性木质素改性的HKUST-1作为纳米载体，用于装载香叶醇和茶树油，从而提高了载体的稳定性并实现了抗菌成分的pH依赖性持续释放。
本工作的创新之处在于将功能分离的双层结构与基于木质素改性的MOF的可控释放系统相结合，用于智能肉类包装。与之前报道的主要组合不同功能层的多层薄膜相比，当前设计强调通过合理的功能分区来协调优化新鲜度传感和抗菌保护。传感层和抗菌层的物理分离旨在减少潜在的功能干扰，而木质素改性提高了HKUST-1的水溶性并调节了茶树油/香叶醇的持续释放。因此，所提出的双层薄膜为整合实时新鲜度可视化与长期抗菌保护提供了一条有前景的策略，为冷藏肉类的智能包装应用带来了巨大潜力。
章节片段
材料
新鲜牛肉购自中国江苏的当地屠宰场。PBS缓冲液、1,3,5-苯三羧酸（H3BTC，98%）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、香叶醇和茶树油购自上海Maclin生化技术有限公司（上海，中国）。大肠杆菌（E. coli）（ATCC8099）、金黄色葡萄球菌（S. aureus）（ATCC6538）、铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）（CMCC(B)10104）和枯草芽孢杆菌（B. subtilis）（ATCC6633）购自High
L/HKUST-1和双层薄膜的结构和形态表征
图1展示了L/HKUST-1和双层TPU薄膜的形态和结构特征。L/HKUST-1的外观及其乙醇分散液中的微观形态如图1(e)所示。该粉末呈蓝绿色，在视觉观察中未观察到明显的宏观沉淀。这一结果表明L/HKUST-1在测试条件下具有可接受的分散性。SEM图像显示L/HKUST-1保持了其特征
结论
本研究开发了一种多功能双层TPU薄膜，集成了颜色传感和持续的抗菌活性。双层设计通过将溴丙酚紫/荧光素（BF）指示剂纳入致密浇铸层，并将含有CT的L/HKUST-1颗粒纳入静电纺丝纤维层，从而在空间上分离了传感和抗菌功能。与单层指示膜相比，双层设计减少了指示剂的迁移，同时保留了
CRediT作者贡献声明
杜柳兹：撰写——原始草稿、方法论、研究、数据整理。翟晓东：撰写——审阅与编辑、监督。韩欣阳：撰写——审阅与编辑。张凯：撰写——审阅与编辑。张俊军：撰写——审阅与编辑。邹晓波：资金获取。李志华：撰写——审阅与编辑、监督。杨志坤：撰写——审阅与编辑。孙全才：撰写——审阅与编辑。彭叶：撰写——审阅与编辑。黄晓伟：方法论，
未引用的参考文献
Luo等人，2026年
Yang等人，2026年
Zhang等人，2025年
Zhang等人，2025年
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竞争性财务利益或个人关系。
致谢
资助：本工作得到了中国国家重点研发计划（2023YFE0105500、2024YFE0117000）、国家自然科学基金（32272407、32372465、32102080）、江苏省自然科学基金（BZ2024029、BK20220058、BK20220111）、江苏省特聘教授基金（202074）、中国农业研究系统专项基金（CARS-27）以及江苏省自然科学基金（BE2022313）的支持
李柳兹|翟晓东|韩欣阳|张凯|张俊军|邹晓波|李志华|杨志坤|孙全才|彭叶|黄晓伟
