《Food Bioscience》：Electrospun Chitosan/PCL/Tween-80 Nanofibers Incorporated with
Ocimum Basilicum Essential Oil as Bio-Based Active Packaging Materials
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摘要通过静电纺丝技术，将壳聚糖 (CS)、聚己内酯 (PCL)、吐温 80 (T80) 和罗勒精油 (OEO) 复合，制备了具有抗菌性能的创新生物基食品包装材料。作为分子桥促进相界面连接的 T80 的添加，对机械性能产生了积极影响。CS/PCL 薄膜的拉伸强度测得为 11.6
摘要
通过静电纺丝技术，将壳聚糖 (CS)、聚己内酯 (PCL)、吐温 80 (T80) 和罗勒精油 (OEO) 复合，制备了具有抗菌性能的创新生物基食品包装材料。作为分子桥促进相界面连接的 T80 的添加，对机械性能产生了积极影响。CS/PCL 薄膜的拉伸强度测得为 11.66 N/mm2，添加 T80 后增加至 13.86 N/mm2。随着精油含量的增加，拉伸强度逐渐降低，而断裂伸长率增加。使用 SEM、AFM、FTIR 和 XRD 进行的综合表征显示，虽然增加 OEO 浓度导致机械强度降低，但它显著增强了抗菌性能。体外实验表明，纳米纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌表现出有效且浓度依赖性的抗菌活性。在葡萄保鲜应用中，纳米纤维有效减少了重量损失，保持了硬度，并延迟了 pH 值的上升。值得注意的是，含有最高浓度精油 (4% OEO) 的纳米纤维显示出最有前景的结果，与对照组相比，其重量损失率显著较低。总体而言，研究表明 CS/PCL/T80/OEO 复合纳米纤维作为新一代活性包装材料具有巨大潜力。
引言
随着公众环境意识和消费水平的不断提高，对高品质、便捷且安全的水果和蔬菜的需求大幅增长。包装食品的保质期不仅取决于包装材料的固有特性，还取决于适当的采收、储存和分销条件。因此，食品保鲜代表了生产者和加工者面临的关键挑战。缺乏有效的保鲜技术导致了大量的食品浪费 (Niu 等，2024)，而不当的保鲜做法对消费者健康构成了严重风险 (Seref & Cufaoglu, 2025)。因此，包装的作用变得越来越重要。为了满足不断变化的消费者期望，食品行业积极寻求具有强抗菌特性的天然替代品 (Ahari & Soufiani, 2021)。
在新兴包装策略中，活性包装材料因其能够与食品或其周围环境动态交互，从而延长保质期并改善食品质量而引起了广泛关注 (Fadil 等，2021)。这些材料可以通过控制释放或吸收功能性物质（包括抗菌剂、抗氧化剂和乙烯清除剂）来抑制微生物生长并延缓氧化和成熟过程 (Al-Attabi 等，2024)。由于其来源广泛、安全性高且消费者接受度高，天然生物活性化合物已成为活性包装系统开发的主要焦点。例如，植物提取物、精油、金属和金属氧化物在食品保鲜应用中已显示出有前景的抗菌效果 (Zhang 等，2020)。在这些功能性物质中，精油由于其强效的抗菌和抗氧化特性，已成为活性食品包装特别有前途的候选物质。当掺入包装材料中时，它们可以有效抑制微生物生长并延缓食品氧化，从而延长保质期并提高食品安全性 (Hou 等，2022)。
近年来，静电纺丝作为一种制造微米和纳米纤维的先进技术 (Yu 等，2019)，为活性包装材料的发展提供了新机会 (Cui 等，2024; Munteanu & Vasile, 2021)。该过程利用高压电场将聚合物溶液拉成连续纳米纤维，其特征是高比表面积、高孔隙率和可调机械性能 (Su 等，2024)，这促进了生物活性化合物的高效负载和控制释放 (Mishra 等，2018)。在包装应用中，静电纺丝已被用于制造高阻隔多层结构 (Ali Alehosseini 等，2018)、具有热缓冲容量的材料以及抗氧化纳米纤维垫 (Hosseini 等，2019)。例如，Shao 等 (2018) 开发了负载茶多酚的静电纺丝葡聚糖 - 羧甲基纤维素钠纳米纤维，显著改善了草莓的储存质量。同样地，Vargas Romero 等 (2021) 将蜂胶掺入聚己内酯和壳聚糖中，生产用于猪排保鲜的静电纺丝活性包装膜。此外，纳米纤维的多孔结构和大表面积有助于优异的气体和水分阻隔性能以及增强的抗菌性能，为食品保鲜提供多重保护功能。
壳聚糖 (CS) 是一种源自几丁质的天然多糖，也存在于许多真菌的细胞壁中 (Kozma 等，2022)，具有生物相容性、可生物降解性、亲水性、无毒性和固有抗菌活性等有利特性。因此，它被广泛认为是抗菌食品包装应用的有前途的材料 (Ke 等，2021)。然而，其溶解性差和机械强度有限限制了其实际应用。聚己内酯 (PCL) 是一种合成可生物降解聚酯，具有优异的机械性能以及良好的生物相容性和无毒特性，可以有效弥补壳聚糖的不足 (Alexeev 等，2020)。因此，通过静电纺丝制备 CS/PCL 复合纳米纤维膜代表了一种有前途的策略，旨在整合两种聚合物的优势，并生产整体性能提升的抗菌包装材料 (Zou 等，2020)。
为了进一步增强纳米纤维的抗菌功效和功能性，通常将表面活性剂和天然抗菌剂掺入纺丝液中 (Ismaili 等，2024)。吐温 80 (T80) 是一种非离子表面活性剂，提供有效的增溶、乳化和稳定性，从而改善纺丝液的流变行为以及所得纳米纤维的形态和机械性能 (Wu 等，2022)。罗勒精油 (OEO) 是一种植物来源的精油，富含芳樟醇和丁香酚等生物活性化合物，具有强效的抗菌和抗氧化活性，已广泛应用于食品保鲜 (Bsharat 等，2026)。因此，将 OEO 掺入 CS/PCL 复合纳米纤维预计将赋予增强的抗菌性能，并扩大其在活性食品包装中的潜在应用。
总之，本研究侧重于制备含有 T80 和 OEO 的静电纺丝 CS/PCL 复合纳米纤维，旨在增强抗菌功能性的同时，保持适合食品包装的结构和物理化学性质。虽然此前已报道了掺入精油的基于 CS 的复合纳米纤维 (Elomar 等，2024)，但表面活性剂的添加和精油的掺入对纳米纤维形态和整体材料性能的影响仍未得到充分探索。本研究系统调查了 T80 和 OEO 浓度对 CS/PCL 复合纳米纤维形态、结构、表面性质和机械行为的影响。使用葡萄模型食品评估了对 S. aureus 和 E. coli 的抗菌活性以及保鲜性能，弥合了材料开发与实际食品应用之间的差距。本研究为开发新型、可生物降解且高效的生物抗菌包装材料提供了理论基础和技术支持。通过延长葡萄等易腐产品的保质期，这些材料旨在有助于减少全球食品浪费，同时其可生物降解特性解决了与传统合成塑料包装相关的环境问题。
章节片段
材料
壳聚糖 (CS，脱乙酰度 80.0-95.0%) 和聚己内酯 (PCL，Mw = 50,000) 购自上海泰坦科技股份有限公司 (上海，中国)。罗勒精油 (OEO，99% 纯度) 购自广州裕轩生物科技有限公司 (广州，中国)，吐温 80 (T80，分析纯) 购自国药集团化学试剂有限公司 (上海，中国)。L02 细胞购自通派生物科技有限公司 (上海，中国)。细菌
纺丝液的电导率和粘度
纺丝液的电导率和粘度是影响静电纺丝行为和纤维形态的关键参数。如图 1A 所示，PC 溶液表现出最高的电导率 1590 ± 16.64 μS/cm。随着 OEO 的逐步添加，电导率逐渐降低，PCT4 达到最低值 735.67 ± 18.44 μS/cm。这可能归因于 OEO 中的疏水成分降低了溶液的整体极性，从而降低离子
结论
在本研究中，通过静电纺丝成功制备了 CS/PCL/T80/OEO 复合纳米纤维，并系统评估了其作为活性食品包装材料的性能。OEO 的添加降低了纺丝液的电导率和粘度。使用 SEM、FTIR、XRD 和 AFM 进行的综合表征证实了 OEO 和 PCL 链段之间氢键的形成；然而，OEO 的掺入并未显著改变晶体结构
CRediT 作者贡献声明
刘琦：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，监督，资源，项目管理，形式分析，数据整理，概念化。 王树清：写作 – 初稿，方法论，调查，数据整理。 蒋升：软件，方法论，形式分析，数据整理。 唐林：监督，资源。 梁军军：软件，方法论，形式分析，数据整理。 陈红：软件，方法论，形式分析，数据整理
刘琦 | 王树清 | 梁军军 | 陈红 | 蒋升 | 唐林
扬州大学医学院传统医学学院，中国扬州 225009
