鉴于塑料包装对环境的负面影响，包括使用不可再生能源和排放有害化合物，包装行业正在积极寻找新的替代品，以便使用更可持续的材料进行食品生产。主动和智能包装系统应通过防止外部环境因素的影响、在整个保质期内保持高质量以及添加有益于消费者健康和安全的成分来提供多种好处[1]。现代替代包装的重要特性应包括可再生性、生物降解性以及对高敏感性食品（甚至生肉）的有效保护[2]。由于壳聚糖的化学组成（高水分含量、低分子量蛋白质、游离核苷酸、游离氨基酸、B族维生素）和高水分活性，肉类容易发生微生物降解，因此它是测试新包装可能性的理想材料[2]。
壳聚糖是一种从甲壳质衍生出的阳离子多糖，由于其生物相容性、生物降解性和抗菌性而受到广泛关注[3]。甲壳质是甲壳类动物外骨骼和真菌细胞壁的主要成分，是壳聚糖生产的前体[4][5]。为了提高壳聚糖薄膜的柔韧性并降低其溶解度同时增强机械强度，通常会使用增塑剂和交联剂[5]。
海藻酸盐是一种从褐藻中提取的天然离子多糖，是最广泛用于食品包装的海藻多糖之一[6][7]。由于其独特的胶体特性（包括增稠、凝胶形成和乳液稳定作用），它成为生物聚合物薄膜和涂层的有效成分[4][8][9]。最近的研究表明，富含生物活性化合物（特别是精油和抗菌剂）的海藻酸钠基涂层能有效保护敏感食品，延长保质期同时保持感官质量[10]。
选择壳聚糖和海藻酸盐作为生物聚合物基质是因为它们具有互补的物理化学性质。这些聚合物通过阳离子壳聚糖氨基团（–NH??）和阴离子海藻酸盐羧基团（–COO?）之间的静电相互作用形成协同作用的聚电解质复合物（PECs）[11]。壳聚糖的抗菌活性源于其带正电的–NH??基团，这些基团与带负电的细菌细胞膜发生静电相互作用，导致细胞膜破坏和裂解[12]。纯壳聚糖薄膜的机械性能因制备条件而异。未增塑的壳聚糖薄膜具有较高的拉伸强度（69.16±8.11 MPa）和硬度（弹性模量3861±432 MPa），但延展性较差（延展率10.99±2.83%[13]）。乳酸溶解的壳聚糖变体具有较低的强度（1.1±0.1 MPa）、较高的延展性（延展率202±32%）和较低的刚性（弹性模量0.8±0.07 MPa[14]）。这些特性使其不适合单独用于食品包装。增塑剂（如甘油和碳酸丙烯酯）显著改善了壳聚糖薄膜的延展性，使其断裂伸长率达到65.82%，拉伸强度为17.14 MPa，弹性模量为24 MPa，从而更适合柔性包装系统[13]。这些改性不仅解决了壳聚糖的机械缺陷，还保持了其生物相容性、生物降解性和抗菌性，这些都是活性食品包装所必需的。
通过聚电解质复合作用结合壳聚糖和海藻酸盐可以克服每种生物聚合物的局限性。静电吸引力将壳聚糖的阳离子氨基团与海藻酸盐的阴离子羧基团连接起来，形成稳定的交联聚电解质复合物，具有更好的机械性能、降低的水溶性和更强的屏障性能[11]。此外，壳聚糖-海藻酸盐基质保留了壳聚糖的抗菌功能，同时受益于海藻酸盐的结构完整性，成为适合易腐食品保存的多功能包装材料[15]。
月桂叶（Laurus nobilis L.）精油作为天然抗菌和抗氧化添加剂在食品包装中显示出巨大潜力，为合成防腐剂提供了有前景的替代品。该精油对多种微生物（包括金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性细菌）具有抑制作用，并通过抑制脂质过氧化表现出强大的抗氧化性能[16]。精油主要由氧化单萜类化合物组成，如1,8-桉叶油素、α-萜品醇乙酸酯和萨宾烯，这些成分通过改变细菌细胞膜通透性和抑制酶活性发挥抗菌作用[16]。将月桂叶精油加入壳聚糖-海藻酸盐薄膜等聚合物基质中，可以开发出同时解决食品保存两大问题的先进包装解决方案：微生物腐败和脂质氧化[16][17]。这些多功能特性使月桂叶精油成为创建能够延长保质期同时保持产品质量的包装系统的有前景的生物活性成分。
由于TiO?纳米颗粒具有公认的光催化抗菌活性、机械增强能力和紫外线屏蔽性能[18][19][20][21]，因此将其纳入其中。TiO?的抗菌机制是通过光催化产生活性氧物种（如羟基自由基（–OH）、超氧阴离子（O??）和过氧化氢（H?O?）来实现的，这些物质会损害细菌细胞膜、蛋白质和核酸[22][23]。除了抗菌性能外，TiO?纳米颗粒还在壳聚糖-海藻酸盐基质中起到纳米级增强剂的作用，与聚合物功能基团形成Ti–O–C配位键，从而提高交联密度、储存模量和热稳定性[24][25]。TiO?的加入还减少了表面粗糙度，并通过填充聚合物网络中的间隙来改善屏障性能，降低气体和水蒸气的透过率[26]。月桂叶酚类化合物与TiO?纳米颗粒的结合可能通过互补机制产生协同抗菌效果。
尽管具有这些优点，但由于TiO?纳米颗粒可能通过口服、皮肤接触和吸入途径在人体器官（肝脏、肾脏、脾脏、中枢神经系统）中积累，从而引发氧化应激、基因毒性、DNA损伤、炎症、细胞凋亡、心血管功能障碍和生殖毒性[27][28][29][30]，因此存在显著的安全风险。直径小于100纳米的纳米颗粒可以穿透生物屏障（包括血脑屏障），导致神经毒性，这引发了欧洲食品安全局（EFSA）对其安全性的重新评估和关于致癌性的讨论[28][31]。因此，全面研究TiO?纳米颗粒在食品接触材料中的安全性对于在活性包装系统中利用其功能优势的同时保护消费者至关重要。总之，虽然TiO?纳米颗粒为活性食品包装带来了显著优势，但其毒性风险要求进行严格的安全评估，以平衡创新与公共健康。
本研究的目的是开发含有TiO?纳米颗粒和月桂叶两相平衡缩合物的壳聚糖-海藻酸盐薄膜，用于鸡胸肉包装。研究重点是在抗菌效果、机械强度和安全性之间取得平衡，反映了需要多功能包装材料来保持食品质量并确保消费者安全。评估了这些薄膜对肉类储存参数的影响，包括pH值、水分活性、颜色参数和总细菌计数。还评估了其机械和热性能，以确定其适用性。在极端降解条件下测量了钛向食品模拟物中的迁移情况，以评估潜在的暴露风险。安全性评估包括模拟胃肠道消化、肠道细胞吸收以及对HepG2和BJ细胞系细胞活力和线粒体膜电位的影响。此外，在14天的细胞暴露后进行了慢性基因毒性评估，以评估所开发生物纳米复合材料在模拟口服暴露条件下的长期基因组安全性。
