Chemical Engineering Journal| 基于毛细调控的三层 Janus 保鲜垫食品保鲜体系 —— 用于定向渗出液管理与牛至精油缓释
近日，南京农业大学王鹏教授及其团队在《Chemical Engineering Journal》期刊上发表了题为A capillarity-engineered trilayer Janus pad-based food preservation system for directional exudate management and sustained oregano-oil delivery的研究性论文（一区，13.2）。该研究构建了一种可生物降解的三层 Janus 保鲜垫，通过梯度孔结构与表面粗糙度不对称设计形成毛细压差，实现渗出液定向单向传输并有效防止回渗；同时以 β- 环糊精包埋牛至精油（OEO）实现气相缓释抗菌。该复合垫力学强度达 11.65 MPa，阻隔性、热稳定性与持水性能优异，在冷鲜鸡肉贮藏中可显著降低菌落总数、脂肪氧化与色泽劣变，将货架期由 2–3 天延长至 5–6 天。这一成果为高水分肉制品的定向导液与长效活性保鲜包装提供了全新设计策略。
冷鲜鸡肉因水分与营养含量高、肌肉组织结构疏松，在贮藏过程中极易出现汁液渗出、微生物快速繁殖、脂肪氧化及色泽劣变等问题，是典型的高损耗易腐食品。传统商用吸水垫多由聚丙烯、聚乙烯与高吸水树脂制成，虽可吸收游离汁液，但无法控制已吸收汁液的回流，持续潮湿的食品–垫界面会加速微生物滋生，显著缩短货架期，且材料不可生物降解，与绿色包装发展趋势相悖。
单向导水的 Janus 结构凭借表面能、孔结构与毛细压力的不对称性，可实现液体从疏水层向亲水层的定向传输并抑制回渗，在界面流体调控领域优势显著。静电纺丝技术能够精准调控纤维直径、孔隙率与梯度结构，为构建高性能不对称膜提供可行途径，但将 Janus 单向导水理念应用于食品包装体系的研究仍较为有限。
植物源精油具备广谱抗菌活性，适用于食品接触场景，但其挥发性强、易突释的特点限制了实际应用。β- 环糊精可对精油进行包合稳定，实现气相缓释抗菌，且与静电纺丝体系相容性良好。醋酸纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等可降解高分子材料，在力学性能、亲水吸水能力与阻隔性能上各具优势，通过复配与结构设计，有望构建集单向导液、高效吸水、长效抗菌、可生物降解于一体的多功能保鲜材料。
基于上述现状，本研究开发三层结构 Janus 吸水保鲜垫，旨在解决冷鲜肉包装中汁液回流、微生物失控繁殖、材料不环保等关键问题，为高水分食品的绿色活性保鲜提供新方案。
三层 Janus 保鲜垫由顶层静电纺丝醋酸纤维素 /β- 环糊精包合物层、中间羧甲基纤维素 - 聚乙烯醇吸水层与底层致密醋酸纤维素阻隔膜组成，纤维连续均匀、层间结合稳定，该复合垫抗拉强度可达 11.65 MPa，热稳定性、水蒸气阻隔性与氧气阻隔性显著优于单一膜层，同时具备高吸水率与低溶解率，整体满足冷鲜肉包装的力学与功能使用需求。
β- 环糊精可成功包合牛至精油，包合率高达 61%，包合物显著提升精油的热稳定性，最高降解温度由 320 ℃提升至 325 ℃。未包合的精油在 3 天内完全释放，而包合后的精油可实现长达 7 天的稳定缓释，有效避免突释，为长效抗菌提供保障。
三层 Janus 垫依靠梯度孔结构与表面粗糙度不对称形成显著毛细压差，可实现汁液快速正向导流并有效抑制回渗，顶层醋酸纤维素浓度越高，正向输水效率越强、反向回流阻力越大。该单向导水机制依靠疏水层排斥力、重力与层间毛细压差协同作用，实现汁液定向吸收与锁存，避免食品界面持续潮湿。
Janus 保鲜垫对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及多种假单胞菌均具有显著抑制作用，可有效稳定冷鲜鸡肉的 pH 值，降低菌落总数、大肠菌群数、挥发性盐基氮含量与脂肪氧化程度，减少失重与色泽劣变。相较于商用吸水垫，该保鲜垫将冷鲜鸡肉的货架期由 2-3 天延长至 5-6 天，保鲜效果提升显著。
Fig. 1. Preparation and structure of Janus unidirectional water transport membrane.
Fig. 2. Embedding and characterization of essential oils. Microstructure (a), XRD (b), Thermal stability (c), Essential oil release rate (d).
Fig. 3. Scanning Electron Microscope (a), Atomic Force Microscope (b), Barrier properties (c), FTIR (d), XRD (e), mechanical properties (f), thermal stability (g), water stability (h) of antimicrobial Janus pad.
Fig. 4. Contact angle (a), ink absorption experiment (b), analysis of main forces during unidirectional liquid transfer (c), hydrostatic pressure results (d), MMT analysis (e).
Fig. 5. Antibacterial properties of the Janus membrane. Inhibition zone (a), diameter of the inhibitory zone (b), growth curve (c–g).
Fig. 6. Chilled chicken storage and preservation experiments. Ph (a), microbiological indicators (b), TVB-N (c), TBARS (d), weight loss (e).
王鹏 教授
农业农村部国家现代农业产业技术体系（肉鸡）肉品加工岗位科学家，南京农业大学国家肉品质量安全控制工程技术研究中心团队成员。国际标准化组织食品技术委员会肉禽蛋鱼及其制品分委员会(ISO/TC34/SC6)国内技术对口工作组专家、全国屠宰加工标准化技术委员会（SAC/TC516）家禽屠宰加工及畜禽屠宰加工设施设备工作组委员、中国肉类协会禽（蛋）业分会专家委员会专家委员及科技标准化技术委员会委员、《Food Science of Animal Products》期刊科学副主编、《Foods》和《肉类研究》期刊编委。在胶体科学、感知科学与肉品加工的交叉研究领域，主持国家自然科学基金等12 项课题，《Food Hydrocolloids》、《Food Chemistry》、《Langmuir》等杂志发表SCI文章80余篇，授权专利18 项，共同主编或副主编专著5 部。参与制定国家标准及农业行业推荐标准5 项。荣获教育部科学技术进步奖一等奖等奖项。
https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.175997
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