苯乙基异硫氰酸酯纳米乳负载果胶/壳聚糖复合膜的制备及其在牛肉保鲜中的应用

为解决传统塑料包装的环境污染问题并提升食品保鲜效果，研究人员开发了负载苯乙基异硫氰酸酯纳米乳（PNE）的果胶/壳聚糖（PC）复合膜（PNE-PC）。该研究通过优化PNE与PC基质的相容性，制备出具有缓释抗菌功能的活性包装膜。结果表明，PNE-PC2膜在72小时内释放55.3%的PNE，可抑制金黄色葡萄球菌（S. aureus）达48小时，显著延长牛肉保质期，维持pH和总挥发性盐基氮（TVB-N）稳定。该研究为开发环保型食品包装材料提供了新思路。

　　

研究背景与意义
随着全球对可持续发展和食品安全的关注，传统化石基塑料包装的环境污染与健康风险日益凸显。食品工业亟需兼具生物降解性和功能性的替代材料。牛肉作为高蛋白易腐食品，在储存过程中易受微生物（如金黄色葡萄球菌S. aureus）污染，导致品质劣变。尽管果胶（pectin）和壳聚糖（chitosan）复合膜（PC）具有良好成膜性和生物相容性，但其抗菌性能不足。苯乙基异硫氰酸酯（phenethyl isothiocyanate, PNE）是一种天然抗菌剂，但直接添加易挥发且稳定性差。如何通过纳米技术实现PNE的缓释，并整合至PC基质中，成为突破食品活性包装技术的关键。

研究方法概述
中国科学院的研究团队通过乳化法制备PNE，测定其粒径、多分散指数（PDI）和zeta电位以优化配方。将PNE负载至不同比例的PC基质中，形成PNE-PC1和PNE-PC2复合膜。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射和显微结构分析表征膜材料的相容性；通过拉伸试验、水蒸气透过率（WVP）评估机械性能；以体外释放实验和抗菌实验验证PNE缓释效果；最终将PNE-PC2膜应用于牛肉保鲜，监测微生物总数（TVC）、pH、TVB-N及感官指标。

研究结果

1. PNE特性与膜基质相容性
   PNE在4%浓度时粒径最小（124.8 nm），PDI<0.3，表明乳液稳定性高。FTIR显示PNE与PC间通过氢键和静电作用结合，X射线衍射证实PNE均匀分散于膜中，无结晶相分离。

2. 机械与物理性能
   PNE-PC膜的断裂伸长率较纯PC膜提升30%，但拉伸强度略有下降。PNE的加入使膜表面亲水性增强，WVP降低15%，更适于食品包装的湿度控制需求。

3. 抗菌与缓释特性
   PNE-PC2膜在72小时内累计释放55.3%的PNE，对S. aureus的抑菌圈直径达12 mm，抑制效果持续48小时。

4. 牛肉保鲜应用
   PNE-PC2膜覆盖的牛肉在4°C储存7天后，TVC较聚乙烯包装组降低2 log CFU/g，TVB-N值稳定在15 mg/100 g以下，且有效抑制硫化物产生，延缓肉质变色和异味形成。

结论与讨论
该研究成功开发了兼具缓释抗菌功能和环境友好特性的PNE-PC复合膜。PNE通过纳米乳形式嵌入PC基质，解决了天然抗菌剂易挥发、作用时间短的问题。在牛肉保鲜中，PNE-PC2膜通过持续释放PNE，显著抑制微生物生长并维持肉质指标，其效果优于传统塑料包装。这一成果不仅为肉类保鲜提供了新型活性包装方案，也为其他易腐食品的包装设计提供了技术参考。未来研究可进一步探索PNE与其他生物聚合物的协同效应，以拓展其在食品工业中的应用场景。