纳米包封姜精油对牛肉糜中金黄色葡萄球菌的抑制及保质期延长作用研究

《Food Biophysics》：Efficiency of Free and Nano-Encapsulated Ginger essential oil (Zingiber officinale) on Survival of Staphylococcus aureus, Microbial Shelf-Life Indicators, and Deterioration Criteria in Minced Beef Meat Model

本研究针对牛肉糜易受微生物污染、保质期短的问题，探讨了游离姜精油（GEO）及其纳米包封形式（GEO-Nps）的抗菌与抗氧化效果。结果表明，GEO-Nps（5 μL/mL）可显著抑制金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）生长，将牛肉糜的冷藏保质期从6天延长至14天，并有效延缓脂质氧化和蛋白质降解。该研究为天然防腐剂在肉制品中的应用提供了新策略，对提升食品安全性具有重要实践意义。

　　

肉类作为高蛋白、高水分食品，在加工和储存过程中极易受微生物污染而腐败，尤其是绞碎的牛肉糜因其较大的表面积更易成为细菌滋生的温床。其中，金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是常见的食源性致病菌，其产生的耐热肠毒素可引发食物中毒，对公共卫生构成严重威胁。尽管合成防腐剂能有效抑制微生物，但消费者对天然替代品的需求日益增长。姜精油（Ginger Essential Oil, GEO）作为一种“公认安全”（GRAS）的天然产物，已被证明对金黄色葡萄球菌具有显著抗菌活性，但其强烈的气味和低水溶性限制了在食品中的应用。纳米包封技术通过将活性物质包裹在聚合物基质中，可提高其稳定性和生物利用度，为天然防腐剂的开发提供了新思路。

本研究旨在探究游离GEO及其纳米包封形式（GEO-Nps）对牛肉糜中微生物抑制、氧化稳定性和感官品质的影响。研究人员通过离子凝胶法将GEO包封于壳聚糖和阿拉伯胶混合物中，制备出粒径约219纳米的球形纳米颗粒（GEO-Nps）。通过体外实验（如纸片扩散法和最低抑菌浓度测定）评估其抗菌活性，并在牛肉糜模型中设置对照组（G1）、GEO处理组（G2，40 μL/mL）和GEO-Nps处理组（G3，5 μL/mL），同时进行金黄色葡萄球菌接种实验（G4-G6）。在4°C冷藏条件下，定期检测微生物数量（需氧菌、嗜冷菌、肠杆菌科和金黄色葡萄球菌）、理化指标（pH、硫代巴比妥酸值TBA、总挥发性碱性氮TVBN）及感官特性。

主要技术方法

研究采用离子凝胶法制备GEO-Nps，通过Zeta电位仪和透射电镜（TEM）表征其粒径和形貌；通过纸片扩散法和肉汤稀释法测定GEO和GEO-Nps对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径和最低抑菌浓度（MIC）；以市售牛肉糜为模型，设置处理组和病原菌接种组，在冷藏条件下定期分析微生物、化学和感官指标。

研究结果

姜精油纳米包封

GEO-Nps呈球形，平均粒径为219纳米，其形成依赖于壳聚糖与阿拉伯胶的聚电解质复合作用，增强了包封结构的稳定性。

GEO和GEO-Nps的体外抗菌活性

GEO和GEO-Nps对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为12.5毫米和16毫米，MIC值分别为40 μL/mL和5 μL/mL。纳米包封显著提高了GEO的抗菌效率。

对牛肉糜保质期的影响

GEO和GEO-Nps均能显著抑制需氧菌、嗜冷菌和肠杆菌科的生长。对照组在冷藏第8天即腐败（需氧菌数达7.03 log CFU/g），而GEO和GEO-Nps处理组直至第14天仍保持可接受水平（<7.9 log CFU/g）。

对金黄色葡萄球菌的抑制效果

在接种实验中，GEO-Nps处理组（G6）在冷藏第5天即可完全清除金黄色葡萄球菌，而对照组（G4）菌数持续上升至5.17 log CFU/g。

理化与感官分析

GEO和GEO-Nps有效延缓了pH上升、脂质氧化（TBA值降低）和蛋白质降解（TVBN值控制）。感官评价显示，GEO-Nps在维持肉质色泽、风味和整体可接受度方面优于游离GEO，尤其在储藏后期仍能保持较高评分。

结论与意义

本研究表明，GEO-Nps通过增强生物利用度和靶向释放，能以更低剂量（5 μL/mL）实现与游离GEO（40 μL/mL）相当的抗菌效果，并将牛肉糜的冷藏保质期从6天延长至14天。纳米包封技术不仅克服了GEO的感官缺陷，还为其在食品工业中的广泛应用提供了技术支撑。该研究为开发高效、安全的天然防腐剂提供了理论依据，对减少合成添加剂使用、保障食品安全具有积极意义。