《Food Research International》：A dual-functional film fabricated by coaxial electrospinning enabling simultaneous incorporation of alizarin and cinnamaldehyde for real-time freshness monitoring and preservation of pork
编辑推荐：
•通过同轴电纺制备了核壳纳米纤维膜。•空间分离稳定了茜素并维持了肉桂醛的持续释放。•该膜实现了对猪肉腐败中胺类的视觉化pH响应检测。•可控的抗菌和抗氧化作用延缓了微生物的生长。•指示剂颜色与TVB-N和微生物变化强相关。引言鲜猪肉是全球消费最广泛的肉类产品之一，具有极高的营养
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通过同轴电纺制备了核壳纳米纤维膜。
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空间分离稳定了茜素并维持了肉桂醛的持续释放。
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该膜实现了对猪肉腐败中胺类的视觉化pH响应检测。
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可控的抗菌和抗氧化作用延缓了微生物的生长。
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指示剂颜色与TVB-N和微生物变化强相关。
引言
鲜猪肉是全球消费最广泛的肉类产品之一，具有极高的营养价值和良好的感官特性（Liu, Kang等人，2023）。然而，其高水分含量、丰富的蛋白质基质和大量的不饱和脂质使其在储存过程中极易受到微生物污染和氧化劣变。腐败微生物的增殖以及挥发性碱性化合物（如氨和生物胺）的积累，不仅会导致异味、变色和质地劣化，还可能带来食品安全风险（Shao等人，2021；Xiaowei等人，2025）。传统保鲜策略，包括冷藏和改良大气包装，在一定程度上可以延缓腐败；然而，它们无法提供有关产品新鲜度的实时信息。因此，静态保质期标签往往无法准确反映肉类产品的实际质量状况。因此，开发能够同时实现新鲜度监测和主动防腐功能的包装系统已成为现代肉类供应链的迫切需求。
智能显色包装已成为实时新鲜度监测的一种有前景的策略（Said & Lee，2025；Yan等人，2025）。特别是，pH响应染料因其能够在肉类腐败过程中产生的碱性挥发性化合物作用下发生可见的颜色变化，受到了广泛研究（Huang等人，2025）。这类智能指示剂能够实现非破坏性、视觉化和用户友好的产品质量评估（Bhowmik等人，2024；Yun等人，2021）。在各种pH敏感染料中，茜素作为一种蒽醌衍生物，在不同pH条件下表现出明显且可逆的颜色变化，使其成为检测肉类产品中挥发性胺积累的理想候选材料（Chen等人，2019；Ezati等人，2020；Khan等人，2023）。然而，将染料直接掺入聚合物基质中往往会导致稳定性差、染料迁移和随时间推移敏感性下降。因此，在不损害其响应性的前提下实现指示剂的结构稳定仍然是实际应用中的关键挑战。除了新鲜度监测，主动抑制微生物生长对于延长肉类产品的货架期同样至关重要。天然抗菌剂因其安全性和消费者接受度而受到越来越多的关注（Mao等人，2022）。肉桂醛是肉桂精油的主要生物活性成分，通过膜破坏和代谢干扰等机制，对革兰氏阳性和革兰氏阴性菌均表现出广谱抗菌活性（Zhang等人，2020）。然而，其高挥发性、疏水性和快速蒸发特性极大地限制了其直接掺入包装材料后的长期效力（Burt，2004）。此外，爆发性释放和无控制扩散进一步削弱了其持续抗菌性能。因此，构建一个合适的载体系统，以同时提高茜素的指示剂稳定性和肉桂醛的保鲜利用效率，显得尤为重要。
目前，一些研究将抗菌剂掺入含有pH指示剂的薄膜中，但通常采用简单的物理混合方式，无法有效解决指示剂不稳定和抗菌剂快速释放的问题。在此前的一项研究中，使用由乙基纤维素/明胶和天然紫甘蓝花青素组成的单轴电纺膜来监测和保持猪肉新鲜度；然而，其在颜色稳定性和抗菌效率方面的性能有限（Wu等人，2024）。这是由于在单轴构型中，所有活性成分被嵌入同一根纤维中，缺乏有效的物理分离，这往往导致分子间相互作用增强、成分迁移加速以及功能之间的相互干扰。因此，结构设计在决定主动包装系统的功能性能方面起着至关重要的作用。微胶囊化是一种保持长期抗菌活性和增强主动包装系统功能的策略。在一项研究中，茶树油被β-环糊精微胶囊化后与紫甘蓝花青素一起掺入薄膜中；这种设计赋予了薄膜持续的抗菌性能，但在鱼类储存过程中颜色变化不够灵敏（Pan等人，2026）。此外，双层膜也是开发双功能包装材料的研究热点。研究表明，虽然双层膜能够实现指示剂和抗菌剂的空间分离，但在释放调控和结构稳定性方面仍存在局限（Wang等人，2025）。相比之下，同轴电纺利用外壳将活性剂包裹在核层中，从而减少了储存过程中活性剂的失活和挥发，同时实现了更加持续和可控的释放（Ding等人，2023）。此外，同轴电纺能够制备具有空间组织结构的核壳纳米纤维，其中功能性试剂可以被精确地分隔在不同的区域中（Huang等人，2024）。这种空间分离结构最大限度地减少了指示剂分子与抗菌剂之间的不良相互作用，从而实现快速界面响应和长期高效抗菌性能的同步。此外，将肉桂醛与天然指示剂结合的同轴电纺薄膜的相关研究相对较少，其在肉类实时新鲜度监测和保鲜中的应用仍然有限。因此，通过同轴电纺制备双功能纳米纤维膜并将其应用于猪肉，是一种有前景的策略。
材料选择是同轴电纺系统中的另一个关键因素。聚乙烯吡咯烷酮（PVP）是一种在电纺中广泛使用的绿色聚合物，具有优异的溶解性和成膜能力。然而，其强亲水性限制了其在食品包装材料中的直接应用（Amal Nath等人，2022；Liu等人，2024；Yechuan等人，2025）。乙基纤维素（EC）是一种具有良好的生物相容性和强疏水性的生物基聚合物，能够有效弥补PVP的亲水性并改善耐湿性，使复合体系更适合食品包装应用（Chen等人，2025；Shao等人，2024）。
本研究开发了一种同轴电纺智能纳米纤维膜，掺入了茜素和肉桂醛，用于同时实现猪肉的新鲜度监测和保鲜。系统地研究了该膜的结构特征、理化性质、抗氧化和抗菌活性以及显色响应行为。此外，在冷藏猪肉储存过程中，通过颜色变化与菌落总数、总挥发性基本氮和pH值变化的关联来评估其实际应用性能。通过将智能传感与持续抗菌活性相结合，本研究为开发肉类保鲜多功能智能包装系统提供了一种可行策略。
章节摘要
材料
茜素（Az，Mw = 240.21）和聚环氧乙烷（PEO，Mw = 900 k Da）购自上海麦克林生化科技有限公司；EC（18–22 m Pa·s）和肉桂醛（CIN，Mw = 716.4 Da）购自上海阿拉丁生化科技有限公司。无水乙醇（AR，纯度≥99.7%）购自天津市天力化学试剂有限公司。PVP（Mw = 1300 kDa）购自上海源叶生物技术有限公司。金黄色葡萄球菌（金黄色葡萄球菌
电纺纤维的微观结构表征
通过SEM对智能抗菌显色膜的微观结构进行了表征。纤维形貌和直径分布如图1（a-f）所示。图像显示，电纺纤维呈现均匀、光滑的圆柱形形貌，无明显珠状结构。随着CIN浓度的增加，平均纤维直径逐渐减小，这与先前关于电纺纳米纤维膜的报道一致（Rieger & Schiffman，2014）。
结论
本研究采用同轴电纺制备了一种兼具显色和抗菌功能的智能膜。该膜表现出明显的pH响应性颜色变化，尤其在pH 6–7范围内，并且在实际猪肉储存过程中也显示出明显的颜色变化，表明其具有作为新鲜度指示剂的潜力。在氨气存在下，该膜能够迅速响应并实现完全可逆的颜色转变。此外，该智能膜展现出
CRediT作者贡献声明
王浩：撰写——审阅与编辑，可视化，验证，监督，项目管理，资金获取。徐玉星：撰写——初稿，可视化，方法论，形式化分析，数据整理，概念化。李思敏：撰写——初稿，可视化，方法论，形式化分析，数据整理，概念化。蒋秋万：撰写——初稿，验证，软件。白瑞：撰写——初稿，验证，软件。孟玲娜：
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究由"国家重点研发计划"资助（2022YFD1600500）。
王浩 | 徐玉星 | 李思敏 | 蒋秋万 | 白瑞 | 孟玲娜 | 李子怡 | 李辉 | 王宇聪
