壳聚糖封装柠檬草精油纳米乳作为水果可食用涂层的开发与性能评估

本研究针对农产品易氧化变质和微生物污染问题，开发了壳聚糖(Chitosan)封装柠檬草精油纳米乳(CHEO)可食用涂层。通过纳米乳化技术制备粒径<100 nm的稳定体系，证实其具有强抗氧化(IC50 31-46 ppm)和抗菌性能(对Bacillus cereus和Escherichia coli抑制显著)。应用于香蕉11天观察显示，2:1配比的CHEO21能有效延缓成熟进程，维持果实硬度和色泽。该研究为开发环保型果蔬保鲜技术提供了新思路。

　　

水果保鲜一直是农业和食品科学领域的重大挑战。香蕉等热带水果作为典型的呼吸跃变型果实，采后极易因氧化、酶促反应和微生物活动导致品质劣变。传统冷藏、干燥等保鲜方法难以完全抑制微生物活性和氧化过程，而塑料包装又带来环境污染问题。在此背景下，开发基于天然材料的可食用涂层技术成为研究热点。壳聚糖(Chitosan)作为从甲壳类动物外骨骼提取的生物聚合物，具有良好的抗菌性和成膜性；柠檬草(Cymbopogon citratus)精油则富含萜类化合物，具有优异的抗氧化和抗菌特性。然而精油的疏水性和挥发性限制了其直接应用，纳米乳化技术成为解决这一问题的关键。

为了解决上述问题，来自印度尼西亚的研究团队在《OpenNano》发表了创新性研究。该工作通过高能超声乳化法制备柠檬草精油纳米乳(LEON)，并创新性地采用三聚磷酸钠(TPP)交联的壳聚糖纳米颗粒(CHNP)进行封装，系统评估了不同配比复合涂层(CHEO)的理化性质及其对香蕉保鲜的效果。研究团队采用动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)表征纳米颗粒形貌，通过DPPH自由基清除实验测定抗氧化活性，采用琼脂扩散法检测对革兰氏阳性菌(Bacillus cereus)和阴性菌(Escherichia coli)的抑制效果，并通过硬度、pH值、失重率和色度等指标对涂层香蕉进行11天跟踪评价。

4.1. 纳米乳粒径和形貌表征
通过超声均质结合Span 80/Tween 80复合乳化剂，成功制备粒径70-135 nm的稳定纳米乳。TEM显示CHNP呈多孔球形结构，为精油封装提供附着位点。随着壳聚糖比例增加，CHEO21粒径增至120.2 nm，但56天储存期粒径变化<10%，PDI值0.344表明分布均匀。

4.2. 抗菌活性分析
所有CHEO样品对两种测试菌均形成5.66-6.67 mm抑菌圈，其中CHEO21对B. cereus抑制最强(6.04 mm)，而高精油比例的CHEO12对E. coli效果最佳(6.67 mm)。壳聚糖的阳离子氨基与细菌细胞壁负电荷相互作用，协同精油中柠檬醛(citral)的膜破坏作用，产生显著抗菌协同效应。

4.3. 抗氧化活性分析
LEON展现出极强的抗氧化能力(IC₅₀
31.23 ppm)，接近维生素C(4.48 ppm)水平。封装后CHEO11的IC₅₀
为46.83 ppm，仍保持"极强"抗氧化等级。这归因于精油中geranial(39.05%)、neral(28.20%)等成分通过氢原子转移和金属螯合等多途径清除自由基的能力。

4.4. 水果硬度测试
CHNP涂层香蕉硬度下降最慢，因TPP交联形成的致密网状结构有效阻隔氧气和水分交换。CHEO处理组硬度保持优于对照组，其中CHEO21在第5天仍保持1.5 kg/cm²
，较对照组高67%。SEM证实纯壳聚糖涂层更均匀，而CHEO11存在局部覆盖。

4.5-4.7. 保鲜性能综合评价
在11天观察期内，CHEO12表现最突出：失重率最低(11天累计11.1%)；pH波动最小(总变化0.97)；CIE-Lab色度分析显示其能最大程度延缓叶绿素降解，使香蕉表皮绿色保持至第10天。2:1配比的CHEO21在硬度维持(120.2 nm粒径)和抗菌方面具有优势，而1:2配比的CHEO12在抗氧化(46.83 ppm IC₅₀
)和色泽保持上更优。

这项研究创新性地将天然抗菌剂(柠檬草精油)与生物聚合物(壳聚糖)通过纳米技术结合，开发出性能可调的可食用涂层系统。CHEO不仅解决了精油水溶性差的问题，还通过壳聚糖的缓释作用延长了活性成分功效。特别值得注意的是，该研究采用智能手机色度分析软件等简易方法，为资源有限地区提供了可行的质量监控方案。研究结果为热带水果采后保鲜提供了环保解决方案，2:1的壳聚糖-精油配比(CHEO21)被证实是最佳实施方案，其规模化应用可能减少约30%的果蔬采后损失。未来研究可进一步探索不同水果表皮特性与涂层适配性，以及工业化生产工艺优化。