紫皮洋葱皮提取物增强玉米醇溶蛋白/柠檬酸复合膜的抗氧化与抗菌性能及其在固态脂质包装中的应用研究

为解决传统石油基塑料包装不可降解和活性不足的问题，研究人员开发了负载紫皮洋葱皮乙醇提取物(EEOS)的玉米醇溶蛋白/柠檬酸(Z/CA)复合膜。通过溶剂浇铸法制备不同EEOS浓度(0-8% w/w)的薄膜，发现EEOS显著提升薄膜的抗氧化性(DPPH和ABTS自由基清除率分别提高82.66%和87.91%)和抗菌性(对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑制显著)，同时实现28天内土壤降解。该研究为开发高性能生物活性包装材料提供了新思路。

　　

研究背景与意义

在食品工业中，传统石油基塑料包装因不可降解性和潜在健康风险面临严峻挑战。固态脂质（如猪油）在储存过程中极易发生氧化酸败和微生物污染，而现有研究多集中于液态油脂的抗氧化包装，对固态脂质的活性包装材料关注不足。玉米醇溶蛋白(zein)作为玉米加工副产物，虽具有优异的成膜性和疏水性，但存在机械性能差、缺乏生物活性等缺陷。如何通过天然成分改性zein基薄膜，同时实现抗氧化、抗菌和可降解性能，成为食品包装领域的关键科学问题。

研究机构与方法

齐齐哈尔大学食品与生物工程学院的研究团队通过溶剂浇铸法制备了zein/柠檬酸(CA)复合膜，并掺入0-8%紫皮洋葱皮乙醇提取物(EEOS)。关键技术包括：1) 紫外分光光度法测定薄膜光学性能和抗氧化活性(DPPH/ABTS自由基清除率)；2) 扫描电镜(SEM)观察微观形貌；3) 傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析分子相互作用；4) 水蒸气透过率(WVP)测试；5) 体外抗菌实验(针对大肠杆菌ATCC25922和金黄色葡萄球菌ATCC29213)；6) 猪油过氧化值(POV)测定评估实际应用效果；7) 28天土壤降解实验。

研究结果

3.1 厚度与光学性能

EEOS添加使薄膜厚度增加44.76%，因固体含量提升。薄膜颜色从黄色变为红紫色(a值上升)，亮度(L)降低而透明度上升，归因于洋葱皮中花青素的引入。

3.3 机械性能

EEOS浓度为4%时拉伸强度(TS)达峰值8.37 MPa，但过量添加(8%)导致TS下降29.89%，断裂伸长率(EB)降低66.27%，因EEOS破坏了zein分子间作用力。

3.4 水蒸气屏障性能

WVP随EEOS浓度增加而上升87.4%，因羟基亲水性增强，与Wang等(2024a)报道的肉桂醛改性膜趋势一致。

3.5 抗氧化活性

EEOS含758.52 mg GAE/g总酚，8%添加量使薄膜DPPH/ABTS清除率分别达86.32%和90.24%，较空白膜提升82.66%和87.91%，归因于槲皮素等酚类物质的自由基捕获能力。

3.10 抑制脂质氧化

Z/CA/EEOS-6%膜使猪油POV值降低74.91%，显著优于铝箔包装组，但8%浓度因结构疏松导致效果下降，显示"浓度窗口效应"。

3.11 抗菌性能

对大肠杆菌的抑制圈直径(6.42 mm)大于金黄色葡萄球菌(5.10 mm)，因革兰氏阴性菌外膜更易被酚类物质穿透。

3.12 土壤降解

28天内薄膜完全崩解，SEM显示EEOS聚集物加速了微生物侵蚀过程，与Plasencia等(2025)报道的桑叶提取物降解机制相似。

结论与展望

该研究成功构建了兼具生物活性和环境友好特性的Z/CA/EEOS三元复合膜体系。通过多尺度表征证实，6% EEOS添加量在抗氧化(IC₅₀ 0.122 mg/mL)、抗菌(抑菌圈>4.5 mm)和脂质保护(降低POV 96.21%)方面表现最优，同时维持可接受的机械性能(TS>5 MPa)。FTIR和XRD分析揭示了EEOS与zein通过氢键相互作用，而SEM证实微观结构粗糙化是WVP升高的主因。研究成果发表于《LWT》，为开发固态脂质专用活性包装提供了理论依据，其"农业废弃物提取物-生物基聚合物"的设计思路对可持续食品包装发展具有示范意义。未来研究可优化EEOS纳米封装技术以平衡功能性与机械性能。