玫瑰mary油浸渍的生物纳米复合薄膜：一种用于保存paneer（印度奶酪）的可持续且高效的包装材料

《Sustainable Food Technology》：Rosemary oil infused bionanocomposite films: a sustainable and active packaging material for paneer preservation

迷迭香精油增强的羧甲基纤维素/大豆蛋白/纳米纤维素生物纳米复合薄膜在保持奶酪质量、抗菌抗氧化及可持续性方面的性能研究。

　　本研究聚焦于开发一种由卡拉胶（1.9% w/v）、大豆蛋白（0.3% w/v）和纳米纤维素（2% w/v）组成的生物纳米复合膜，并在其中加入迷迭香精油（REO，1–2% v/v）作为生物活性成分。研究发现，当REO的含量为2%时，虽然膜的抗拉强度有所下降（从31.6 MPa降至23.7 MPa），但断裂伸长率却显著提高（从13.2%增加至19.8%），从而增强了膜的柔韧性。同时，膜的吸湿性、膨胀能力和水蒸气透过率均降低，其中水分含量从23.4%降至15.5%，膨胀能力从21.3%降至14.1%，水蒸气透过率从1204 g m?2 24 h?1降至644.4 g m?2 24 h?1，这些结果表明该膜具有优越的水分阻隔性能。此外，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，研究确认了膜中聚合物之间的强相互作用，而扫描电子显微镜（SEM）则揭示了精油在膜基质中的分散状态。2% REO的膜表现出最强的抗菌活性，尤其是对蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）的抑制区域直径达到25 mm，这主要归因于精油中的酚类化合物，如α-蒎烯、1,8-桉树油和樟脑等。研究还表明，这些膜在28天内可实现90%的土壤生物降解，凸显了其环境可持续性。在应用研究中，用2% REO薄膜包装的奶酪（paneer）在4°C的冷藏条件下保持了优异的品质，水分含量、可滴定酸度和酪氨酸含量分别降至42.8%、0.7%和23 mg/100 g，同时其颜色参数（L*值从85.2降至75.2，a*值从1.4增至3.5，b*值从84.7降至19.2）以及质地参数（硬度69 N，咀嚼性9.8 N）均得到改善。综上所述，卡拉胶/大豆蛋白/纳米纤维素复合膜与迷迭香精油的结合，代表了一种多功能、可生物降解且可持续的活性食品包装系统。

随着全球对可持续发展的重视，食品包装材料的研究方向逐渐从传统的石油基聚合物转向天然来源的生物材料。这类材料不仅能够满足食品包装的基本需求，如安全性、质量保持性、轻便性和有效的屏障性能，还能提供良好的热封性。然而，石油基塑料因其不可降解性和不可回收性，引发了显著的环境问题。此外，这些材料的生产依赖于化石资源，进一步加剧了环境可持续性方面的挑战。因此，科学家们正在积极寻找替代方案，特别是以生物聚合物为基础的包装材料。生物聚合物来源于植物、动物和微生物，具有非毒性、生物相容性和生物降解性，使其成为食品包装的理想选择。然而，尽管已有大量研究，生物聚合物在实际应用中仍面临热性能、屏障性能和机械性能等方面的挑战。

为了克服这些限制，研究人员开始探索将纳米填料与生物聚合物结合的纳米复合材料。纳米填料，如纳米纤维素，能够通过氢键作用等机制增强膜的性能，从而提升其热稳定性、屏障性和机械强度。纳米纤维素因其较高的长宽比、更大的表面积以及优异的物理化学性能，被广泛用于强化生物聚合物薄膜。此外，纳米填料还能改善薄膜的表面结构和形态，使其更加坚固和均匀。

在生物活性方面，抗菌剂的引入是提高薄膜功能性的关键。抗菌剂包括细菌素、酶和精油，它们能够抑制有害微生物的生长，从而延长食品的保质期。迷迭香精油作为一种植物来源的抗菌剂，因其天然性和符合GRAS（公认安全）标准，受到了广泛关注。它含有丰富的酚类物质，如香茅酸、香茅醇和迷迭香酸，这些物质具有抗氧化和抗菌的双重作用，可以有效延长易腐食品的保质期。虽然迷迭香精油在食品包装中的应用尚未广泛研究，但其在抗菌和抗氧化性能上的潜力使其成为一种值得进一步开发的生物活性材料。

本研究中，通过将迷迭香精油与卡拉胶、大豆蛋白和纳米纤维素结合，构建了一种新型的多功能生物纳米复合薄膜。该薄膜不仅在物理和化学性能上有所提升，还通过其抗菌和抗氧化特性增强了食品的保质期。在实验过程中，研究人员发现，随着迷迭香精油浓度的增加，薄膜的厚度和水溶性逐渐降低，而水蒸气和氧气透过率则显著减少。这些变化可能与精油的疏水性有关，它能够减少水分子与膜基质之间的相互作用，同时增加膜的结构复杂性，从而有效阻隔水分和气体的渗透。

此外，薄膜的结构和表面形态对其性能也具有重要影响。通过X射线衍射（XRD）和FTIR分析，研究揭示了薄膜中各成分之间的相互作用，其中卡拉胶、大豆蛋白和纳米纤维素之间形成了稳定的网络结构。而迷迭香精油的加入则在一定程度上改变了这些结构，使得薄膜呈现出更复杂的形态。通过SEM和AFM观察，研究人员发现，迷迭香精油的加入增加了薄膜的表面粗糙度，这可能是由于精油在干燥过程中形成的微小气泡或聚集结构所导致的。这些结构的变化可能影响薄膜的光学性能，使其在紫外光谱范围内表现出更好的阻隔能力，从而保护食品免受紫外线的损害。

在实际应用方面，研究人员将这种新型生物纳米复合薄膜用于奶酪的包装，并在冷藏条件下（4°C）评估其保鲜效果。结果显示，使用2% REO薄膜包装的奶酪在28天内保持了较高的品质，水分含量、可滴定酸度和酪氨酸含量均低于对照组，同时颜色参数和质地参数得到了显著改善。这些结果表明，该薄膜在延长食品保质期和保持食品质量方面具有巨大潜力。

然而，尽管该薄膜在性能上表现出色，但在实际应用中仍面临一些挑战。例如，其降解过程受到环境条件的影响，尤其是在高湿度或液态食品包装中，可能无法满足长期的保鲜需求。此外，由于薄膜的表面结构和成分特性，其在长期使用中可能仍然存在一定的水敏感性。因此，为了实现该薄膜的广泛应用，还需要进一步优化其配方和制造工艺，以提高其在不同环境条件下的稳定性和耐久性。

总的来说，本研究为开发一种多功能、可生物降解且可持续的活性食品包装系统提供了新的思路。通过将卡拉胶、大豆蛋白和纳米纤维素与迷迭香精油结合，研究人员成功构建了一种具有优异物理化学性能、抗菌活性和抗氧化能力的生物纳米复合薄膜。这种薄膜不仅能够有效延长食品的保质期，还能在一定程度上减少食品浪费，推动食品包装行业向更加环保和可持续的方向发展。未来的研究可以进一步探索如何优化薄膜的制造工艺，提高其工业可行性和经济性，以实现大规模应用。