含有波斯胡萝卜精油（Heracleum persicum essential oil）和壳聚糖纳米颗粒（chitosan nanoparticles）的活性木豆胶-瓜尔胶气凝胶，用于延长去皮虾的保质期

《Applied Food Research》：Active locust bean gum-guar gum aerogels containing Heracleum persicum essential oil and chitosan nanoparticles to extend the shelf-life of peeled shrimps

槐豆胶-瓜胶气凝胶复合活性包装材料可显著抑制鲜虾冷藏期间微生物增殖和氧化变质，延长保质期至12天。通过添加0.5% Heracleum persicum精油和1%壳聚糖纳米颗粒，该材料表现出优异的抗菌和抗氧化性能，有效降低总菌数、嗜热菌、肠杆菌科及硫化氢产生菌数量，并抑制挥发性碱性氮化合物和过氧化值上升。研究为开发天然保鲜活性包装提供了新思路。

　　在现代食品保存技术中，保鲜材料的创新与优化成为提高食品品质、延长保质期的重要方向。近年来，随着消费者对食品安全和环保意识的提升，研究者们越来越多地关注天然抗菌和抗氧化物质在食品包装中的应用。本研究提出了一种新型的活性包装材料——基于 locust bean gum（LGB）和 guar gum（GG）的气凝胶，其中加入了 Heracleum persicum（HPE）精油和 chitosan 纳米颗粒（CNP），旨在提升新鲜去壳虾在冷藏条件下12天内的保鲜效果。该研究不仅探索了新型材料的物理特性，还评估了其在微生物控制和抗氧化性能方面的表现，为食品工业提供了一种绿色、可持续的保鲜方案。

### 活性包装材料的背景与意义

新鲜去壳虾因其丰富的营养成分和高水分含量，容易受到微生物和化学变化的影响，导致品质下降和食品安全问题。传统包装虽然在运输和储存过程中起到一定的保护作用，但无法有效防止微生物生长和氧化反应。此外，使用合成化学防腐剂可能带来潜在的健康风险，如毒性或致癌性。因此，开发天然抗菌和抗氧化的活性包装材料成为食品保鲜研究的重点方向。

Heracleum persicum 是伞形科植物，常被用作食品添加剂和香料，尤其在腌菜、汤类和甜点中。其果实精油富含多种芳香成分，具有较强的抗菌和抗氧化性能，同时不会影响食品的感官特性。此外，chitosan 纳米颗粒（CNP）因其优异的抗菌和抗氧化特性，在食品包装中被广泛研究和应用。通过将 HPE 和 CNP 结合到 LBG-GG 气凝胶中，研究者希望提高其在保鲜方面的性能。

### 气凝胶的制备与性能评估

气凝胶是一种具有高孔隙率、低密度和良好热绝缘性能的材料，广泛应用于食品包装领域。在本研究中，通过将 LBG 和 GG 溶解于去离子水中，随后冷却并加入 HPE 和 CNP，最终通过冷冻干燥制备了 LBG-GG 气凝胶。制备的气凝胶在结构上表现出高度的孔隙性和相互连接的网络结构，这有助于控制水分和气体的传输，从而减缓食品的腐败过程。

为了全面评估气凝胶的性能，研究者采用了多种分析手段。通过扫描电子显微镜（SEM）观察了气凝胶的微观结构，发现添加 HPE 和 CNP 后，气凝胶的平均孔径显著减小，这可能是由于冷冻干燥过程中氢键作用和纳米颗粒的填充效应。此外，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析表明，HPE 和 CNP 的加入改变了气凝胶的化学结构，增强了其抗菌和抗氧化能力。热重分析（TGA）则揭示了气凝胶在不同温度下的热稳定性，显示出添加 CNP 和 HPE 后，气凝胶的热稳定性有所提高。

### 物理特性与应用潜力

气凝胶的物理特性对其在食品包装中的应用至关重要。本研究中，LBG-GG 气凝胶的水溶性、含水量和水蒸气吸附能力均显著低于纯 LBG-GG 气凝胶。这种降低可能是由于 HPE 和 CNP 的加入减少了气凝胶与水分子之间的相互作用，提高了其对水分的抵抗能力。这有助于减少食品在储存过程中因水分变化而导致的微生物生长和品质劣化。

研究还发现，添加 HPE 和 CNP 后，气凝胶的抗菌性能显著增强。例如，LBG-GG + HPE 0.5% + CNP 1% 气凝胶对 Staphylococcus aureus、Listeria monocytogenes、Escherichia coli 和 Yersinia enterocolitica 的抑制作用明显优于其他配方。这表明，该气凝胶在抑制食品中常见致病菌方面具有重要潜力。同时，抗氧化活性的提升也通过 DPPH 自由基清除实验得以验证，显示出 HPE 和 CNP 在防止脂质氧化方面的作用。

### 保鲜效果与微生物控制

为了验证气凝胶的实际保鲜效果，研究者将去壳虾包装在不同的气凝胶中，并在冷藏条件下储存12天。结果显示，包装在 LBG-GG + HPE 0.5% + CNP 1% 气凝胶中的去壳虾，其总可培养菌数（TVC）、嗜冷菌数（PBC）、肠杆菌科细菌数和 H?S 产生菌数显著低于未处理组。此外，TVB-N（总挥发性碱性氮）和过氧化值（PV）的测量进一步表明，这种气凝胶在抑制蛋白质降解和脂质氧化方面表现出色。

TVB-N 是衡量食品腐败程度的重要指标，其值的升高通常意味着蛋白质分解的加速。而 PV 则反映了脂质氧化的程度，是食品新鲜度的另一个关键指标。实验结果显示，使用 LBG-GG + HPE 0.5% + CNP 1% 气凝胶的去壳虾，其 TVB-N 和 PV 均显著低于未处理组，表明该气凝胶在延缓食品腐败方面具有明显优势。这些结果支持了气凝胶作为新型活性包装材料在食品保鲜中的应用潜力。

### 抗菌与抗氧化机制探讨

HPE 和 CNP 的抗菌和抗氧化作用主要通过其化学成分与气凝胶材料之间的相互作用实现。HPE 中的多种酯类化合物，如丁酸-2-甲基己基酯、乙酸-辛基酯和丁酸-辛基酯，能够破坏细菌细胞膜，从而抑制其生长。而 CNP 的正电荷氨基基团可以与细菌细胞膜上的负电荷相互作用，导致细胞内容物泄漏，从而发挥抗菌作用。

在抗氧化方面，HPE 中的羟基化合物能够生成稳定的酚氧自由基，以中和自由基，延缓氧化反应。CNP 则因其含有的 NH??、OH 和 CH?CONH- 等官能团，具有清除自由基的能力。这些机制共同作用，使 LBG-GG + HPE 0.5% + CNP 1% 气凝胶在抑制微生物生长和延缓食品氧化方面表现出色。

### 研究结论与展望

本研究成功制备了一种新型的活性包装气凝胶，该气凝胶在物理、抗菌和抗氧化性能方面均表现出显著优势。特别是在冷藏条件下，该气凝胶能够有效延长去壳虾的保鲜期至12天，为食品工业提供了一种绿色、环保的保鲜方案。此外，该气凝胶在提升食品品质和安全性方面具有广阔的应用前景，特别是在肉类、鱼类等易腐食品的包装中。

然而，该研究仍存在一些局限性。例如，尚未完全探讨 HPE 和 CNP 在气凝胶中的长期稳定性，以及其在不同环境条件下的表现。此外，进一步的研究需要评估该气凝胶在商业包装中的实际应用效果，包括成本效益和大规模生产的可行性。未来，可以结合非热处理技术，如高压处理或脉冲电场处理，以进一步提升食品的保鲜效果。

总的来说，LBG-GG + HPE 0.5% + CNP 1% 气凝胶的开发为食品保鲜提供了一种创新的解决方案。它不仅具备良好的物理性能，还能够有效抑制微生物生长和延缓氧化反应，从而延长食品的保质期。随着对食品安全和可持续包装需求的增加，这种新型材料有望在未来的食品工业中发挥重要作用。