迷迭香和薰衣草精油电纺纳米纤维涂层延长鳟鱼片货架期的创新研究

《Food Chemistry: X》：Enhancing shelf life of trout fillets with rosemary and lavender essential oils coated electrospun nanofibers

本研究针对传统食品包装材料的环境问题及海鲜产品易腐败的挑战，开发了负载迷迭香和薰衣草精油的PVA/PVP电纺纳米纤维活性包装膜。结果表明，该纳米纤维能有效抑制食源性致病菌（如蜡样芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌），改善热稳定性，并在9天冷藏期内显著降低鳟鱼片的微生物生长、总挥发性氮含量，同时提升感官品质。该研究为生物可降解活性包装材料在食品保鲜领域的应用提供了新策略。

　　

在当今食品工业中，合成聚合物包装材料因其轻便、成本低和良好的阻隔性而被广泛使用，然而它们漫长的降解周期对生态环境构成了严重威胁。与此同时，海鲜产品（如鱼类）由于其高水分和蛋白质含量，在储存和运输过程中极易受到微生物污染而腐败变质，导致巨大的经济损失和食品安全隐患。因此，开发新型、环保且高效的活性包装技术，以延长食品货架期并保障其品质和安全，已成为食品科学领域亟待解决的重要课题。活性包装是一种能够与食品或其周围环境相互作用，从而延长货架期或改善感官特性的包装系统。其中，植物精油因其天然的抗菌和抗氧化特性而备受关注。然而，精油本身存在挥发性强、水溶性差和气味浓烈等局限性，直接应用效果不佳。电纺丝技术作为一种高效的纳米纤维制备方法，能够将精油包封在聚合物纤维中，实现其可控释放，从而提高稳定性和应用效果。在此背景下，研究人员选择迷迭香和薰衣草这两种具有良好生物活性的精油，与聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮聚合物结合，通过电纺丝技术制备纳米纤维膜，并系统评估其对鳟鱼片的保鲜效果。这项研究旨在为解决传统塑料包装污染和食品保鲜难题提供一种创新的、环境友好的解决方案。相关研究成果发表在《Food Chemistry: X》上。

为开展本研究，研究人员主要应用了几项关键技术方法。首先，通过琼脂扩散法、最低抑菌浓度和最低杀菌浓度测定评估了迷迭香和薰衣草精油对五种常见食源性致病菌（大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌和鼠伤寒沙门氏菌）的体外抗菌活性。其次，采用静电纺丝技术制备了PVA/PVP聚合物纳米纤维，并将21% (w/v)浓度的精油负载到纤维中。利用扫描电子显微镜观察纤维的形貌，并通过热重分析和差热分析评估其热稳定性。最后，以市售鳟鱼片为研究对象，将其涂覆上述纳米纤维后于4°C冷藏9天，定期检测其微生物指标（总菌落数、嗜冷菌数、假单胞菌数）、理化指标（pH值、总挥发性氮、硬度）并进行感官评价。

3.1. 精油的抗菌活性

研究人员通过体外抗菌实验发现，迷迭香和薰衣草精油均对测试的食源性致病菌具有显著的抑制作用，且效果呈浓度依赖性。迷迭香精油的抗菌活性普遍强于薰衣草精油。其中，蜡样芽孢杆菌对精油最为敏感，而大肠杆菌则表现出较强的耐受性，薰衣草精油在测试浓度下对其无抑制效果。最低抑菌浓度和最低杀菌浓度的测定结果进一步证实了精油的抗菌效力，表明其作用机制可能与破坏细菌细胞膜结构、干扰营养物质运输等有关。

3.2. 负载精油的电纺纳米纤维的表征

通过扫描电镜观察发现，未添加精油的对照组纳米纤维表面光滑、结构均匀。而添加精油后，纤维表面出现珠状结构，尤其是在迷迭香精油负载的纤维中更为明显，这可能是由于精油与聚合物链之间的相互作用影响了纤维的形成过程。热分析结果表明，精油的加入增强了纳米纤维的热稳定性，减少了主要降解阶段的重量损失，差热分析也显示精油的蒸发温度升高，证实了精油与聚合物之间形成了较强的相互作用（如氢键），成功实现了精油的包封。

3.3. 涂覆负载精油纳米纤维的鱼样的微生物学、理化及感官特性

在长达9天的冷藏期间，涂覆有精油纳米纤维的鳟鱼片各项指标均优于未处理的对照组。微生物学分析显示，处理组的总菌落数、嗜冷菌数和假单胞菌数均显著低于对照组，其中迷迭香精油处理组的效果最佳，有效延缓了微生物的生长。理化指标方面，处理组的pH值和总挥发性氮含量的上升幅度均小于对照组，表明其蛋白质分解和腐败进程更慢。质构分析表明，涂层处理并未对鱼片的硬度产生负面影响，且处理组在储存后期保持了相对较好的硬度，这与其较低的微生物负荷有关。感官评价由10名经过培训的评审员进行，结果显示，涂覆有精油纳米纤维的鱼片在颜色、气味、质地和总体可接受度方面的得分均高于对照组，迷迭香精油处理组再次表现出优势，说明该处理不仅能延长货架期，还能更好地维持产品的新鲜度和感官品质。

本研究成功开发并评估了一种基于PVA/PVP电纺纳米纤维负载迷迭香和薰衣草精油的活性包装系统。研究结论明确指出，该纳米纤维膜能有效包封精油，改善其热稳定性，并通过对鳟鱼片的实际保鲜应用，证明了其强大的抗菌活性和延缓腐败的能力。迷迭香精油在各项测试中均表现出优于薰衣草精油的性能。这项研究的重大意义在于，它为解决食品包装领域的塑料污染和食品浪费问题提供了一种切实可行的、基于天然成分的绿色解决方案。通过电纺丝技术将天然抗菌剂整合到可生物降解的聚合物基质中，不仅拓展了活性包装的应用范围，也为开发其他高附加值食品的保鲜技术提供了新的思路和实验依据，对推动食品工业的可持续发展具有重要的参考价值。