苋菜蛋白基可食膜的研制及其含胡泽斯坦百里香精油的理化与抗菌特性研究

【字体: 时间:2025年05月15日 来源:Applied Food Research 4.5

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  为解决传统塑料包装的环境与健康问题,研究人员开展苋菜蛋白基可食膜含胡泽斯坦百里香(Satureja khuzestanica)精油的研究。发现随精油浓度增加,膜抗氧化活性提升,部分物理及机械性能改变,且对多种细菌有抑制作用,为食品包装提供新方向。

  在食品包装领域,传统塑料材料因难以降解且危害健康的问题日益凸显,开发环保可替代材料成为当务之急。可食膜作为一种生物基包装材料,具备降解性和功能性,能有效延长食品货架期,但其性能提升仍是研究重点。胡泽斯坦百里香(Satureja khuzestanica)精油因富含抗菌和抗氧化成分,在食品保鲜中展现潜力,然而将其与苋菜蛋白结合用于可食膜的研究尚属空白。在此背景下,伊朗研究人员开展了苋菜蛋白基可食膜中添加不同浓度胡泽斯坦百里香精油的研究,相关成果发表在《Applied Food Research》,为可食膜的应用提供了新视角。
研究人员主要采用了以下关键技术方法:通过溶液浇铸法制备含 0%、1%、2%、3% 胡泽斯坦百里香精油的苋菜蛋白基可食膜;利用数字测微计、重量法等测定膜的厚度、水蒸气渗透率(WVP)、水溶性、水分含量等物理特性;借助机械测试仪器检测拉伸强度(TS)和断裂伸长率(EB);运用色差计分析膜的颜色参数(L、a、b 值及总色差 ΔE);采用扫描电子显微镜(SEM)观察膜的微观结构;通过抑菌圈法评估膜对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)、鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)和大肠杆菌(Escherichia coli)的抗菌活性;利用 DPPH 自由基清除法测定膜的抗氧化活性。

物理特性研究


研究发现,随着精油浓度增加,膜厚度从 0.20 mm 增至 0.28 mm,这可能与吐温 80 和精油作为增塑剂增加非溶剂质量有关。而水蒸气渗透率(WVP)从 3.63 g?m/m2?s?Pa 降至 2.16 g?m/m2?s?Pa,水溶性从 8.04% 降至 6.31%,水分含量从 7.98% 降至 4.76%。这表明精油的疏水性增加了膜的曲折度,降低了亲水性,从而改善了膜的阻隔性能。

机械性能研究


拉伸强度(TS)和断裂伸长率(EB)随精油浓度升高呈下降趋势,TS 从 0.84 MPa 降至 0.40 MPa,EB 从 95.33% 降至 51.33%。这是由于精油破坏了聚合物链间的凝聚力,形成较弱的聚合物 - 精油键,导致膜的机械性能下降,但同时也可能增强了膜的柔韧性。

颜色分析


添加精油后,膜的 L 值(亮度)降低,a 值(红绿值)和 b 值(蓝黄值)升高,总色差 ΔE 显著变化,膜颜色变深并呈棕黄色,这归因于精油中的酚类化合物影响。尽管颜色变化可能影响消费者接受度,但其功能性提升更为关键。

微观结构观察


扫描电子显微镜(SEM)显示,对照组膜表面均匀无孔隙,而含精油的膜随浓度增加孔隙增多、表面粗糙。这是由于精油挥发后在膜内留下孔隙,可能影响膜的致密性,但也为精油的释放提供了通道。

抗菌活性评估


对照组膜对测试细菌无抑菌圈,而含精油的膜抑菌圈随浓度增大而扩大。革兰氏阳性菌(如金黄色葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌)比革兰氏阴性菌(如鼠伤寒沙门氏菌、大肠杆菌)更敏感,这与两类细菌细胞壁结构差异有关。精油中的主要成分香芹酚(carvacrol)通过破坏细菌细胞膜通透性发挥抗菌作用。

抗氧化活性测定


DPPH 自由基清除率随精油浓度增加从 4.53% 升至 51.64%,表明精油中的酚类物质(如香芹酚)具有强抗氧化能力,可有效清除自由基,延长食品氧化变质时间。

结论与意义


本研究成功开发了具有抗氧化和抗菌性能的苋菜蛋白基可食膜,胡泽斯坦百里香精油的添加显著提升了膜的功能性。尽管高浓度精油会导致膜机械性能下降,但其在抑制食品腐败菌、延缓氧化反应方面表现优异,尤其对革兰氏阳性菌效果显著。该研究为可食膜在肉类、蔬菜等食品保鲜中的应用提供了理论依据,推动了环保型食品包装材料的发展,有望减少塑料污染,提升食品安全性。研究结果表明,含 3% 精油的可食膜综合性能较优,具有进一步开发和应用的潜力。

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