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肉类及其副产品在加工和贮存过程中的腐败是一个长期存在且普遍存在的问题，每年在世界各地造成巨大的损失。肉类腐败的主要原因是其含有丰富的汁液，容易滋生细菌、真菌等微生物。微生物的生长繁殖会迅速降低产品的质量和安全。基于肉类相对于其他食品具有价值较高、含水量较高的特点，需要选择合适的肉类包装方法来隔离和抑制微生物。传统的合成塑料包装在过去发挥了重要作用；然而，由于其成分单一，这些材料的防腐效果较差。活性包装材料是将具有抗氧化或抗菌作用的生物活性化合物负载于高分子材料中而制成的一种新型概念，虽然短期内还不能撼动传统塑料包装的地位，但该材料在肉类保鲜领域的巨大应用潜力已被越来越多的研究者认可。生物活性化合物的有效负载和功能保留是制备活性包装材料的重要指标。
近年来，随着纳米技术的飞速发展，纳米材料以其较高的包封率和缓释性能为生物活性化合物的包封提供了新的途径。静电纺丝是一种在高电场强度下制备纳米纤维膜的新兴技术，静电纺丝膜具有比表面积大、孔隙率高、形貌和功能可调、生物活性化合物负载效率高等特点。此外，通过设计静电纺丝方法，结合疏水和亲水双重聚合物，可以制备具有非对称润湿性的Janus静电纺丝膜，该薄膜在整个厚度方向上具有逐渐过渡的润湿性，并分为疏水侧和亲水侧。独特的结构使其具有定向液体传输性能，可以防止包装系统中肉品被汁液浸泡，从而延长肉制品货架期。目前，制备Janus膜的方法主要有并排静电纺丝、共轭静电纺丝、多个单层膜的二次键合、静电纺丝和电喷雾联合技术等。这些方法存在工序复杂、效率低、可控性差，二次加工过程往往导致生物活性成分的损失等缺点。
对于肉类保鲜Janus膜的功能成分，疏水面与肉类直接接触，因此选择具有强疏水性、生物相容性和生物降解性的聚己内酯（polycaprolactone，PCL）作为电纺丝材料，其能够在水环境中提供所需的支架机械阻力。亲水面用于肉汁的转移，选择从天然多糖甲壳素中提取的具有良好生物相容性、生物降解性和抗菌活性的壳聚糖（chitosan，CS）作为亲水材料。根据以前的研究报告，纯CS溶液由于离子基团之间的高排斥力很难电纺丝，因此选择聚氧乙烯醚（polyethyleneoxide，PEO）作为纺丝助剂以改善CS的可纺性并促进纤维形成。作为一种天然的生物活性化合物，百里香酚（ thymol，Thy）是百里香和牛至精油中发现的一种基本成分，已被证明具有强大的抗菌活性。
东北农业大学食品科学学院Zhu Zhaozhang等旨在开发一种新型的活性包装材料，用于通过精确控制的双通道一步静电纺丝用于肉类保鲜。与传统Janus薄膜制备策略相比，这种方法具有更大的灵活性和效率。通过扫描电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）、水接触角（water contact angle，WCA）、定向液体输运研究、Thy释放和渗透特征以及生物相容性评价等手段对Janus薄膜的结构和性能进行了表征。此外，Janus薄膜还应用于气调包装猪肉的包装，展示了其在食品活性包装领域的实际应用前景。
从SEM图像中可以直观看出，随着CS/PEO（C/P）-Thy纺丝液进料速率的增加，较粗大的纳米纤维数量增加。
a. C/P 1∶1；b. C/P 2∶1；c. C/P 3∶1；d. C/P 4∶1。
图1 不同C/P比例的静电纺丝策略（a1～d1）、SEM图像（a2～d2）、直径分布（a3～d3）和CS/PCL Janus膜的EDX元素图（e～f）C/P膜的FTIR谱图中出现了单独的CS、PEO、Thy和PCL的特征峰，没有重要位移，表明这些聚合物存在于膜中彼此之间没有相互作用。
图2 CS、PEO、Thy、PCL和C/P纳米纤维膜的傅里叶变换红外光谱图结果表明，薄膜两侧表现出完全不同的润湿性，且WCA的变化率随着亲水纤维的增大而增大。
图3 疏水PCL侧连续WCA（a）、亲水CS/PEO侧连续WCA（b）、水滴在薄膜两侧下落的模拟结果（c）C/P Janus薄膜表现出单向水渗透现象。
图4 Janus薄膜从疏水侧到亲水侧（a）、亲水侧到疏水侧（b）液体传输现象的实时视频快照、静水压力测量装置（c）、CS / PCL薄膜的静水压力（d）和水与C/P Janus膜的疏水PCL（e）、CS/PEO（f）侧直接接触时的受力分析图结果表明，渗透通量随着膜中亲水性纳米纤维含量的增加而增加。初始载药量影响Thy的累积释放量，呈现剂量依赖关系，药物释放速率随着载药量的增加而增加。
图5 疏水层定向渗透通量和Thy释放量（a）、定向渗透装置示意图（b）、C/P Janus膜在120 h内的释放曲线（c）和渗透行为（d）、C/P Janus膜在20 h内的渗透行为（e）和渗透曲线的线性拟合结果（f）与对照组相比，各实验组均表现出抑菌效果。
图6 C/P纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌存活率（a）和抗菌性能（b）的影响所有C/P组的细胞存活率均保持在74%以上，说明各组样品整体保持了较高生物相容性。
图7 CCK-8法检测细胞活力（a）和不同C/P比例处理的鸡成肌细胞的代表性荧光染色图像（b）C/P Janus膜处理的猪肉总活菌数（total viable count，TVC）值低于对照组，且对延缓硫代巴比妥酸反应物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）值的上升有显著效果
图8 C/P Janus膜处理结合气调包装（a）和其对猪肉TVC（b）、TBARS值（c）和TVB-N（d）含量的影响综上，Janus薄膜可以有效延长货架期，提高猪肉质量和安全性。
文章《Development of chitosan/polycaprolactone-thymol Janus films with directional transport and antibacterial properties for meat preservation》发表于International Journal of Biological Macromolecules 2024年268卷东北农业大学食品学院学院的孔保华教授、王浩副教授为本文共同通信作者
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