基于百里香精油的抗菌涂层开发及其活性评估

本研究针对食品微生物污染问题，开发了含百里香精油(EO)的丙烯酸-淀粉复合涂层。通过气相扩散实验证实，涂层中百里香精油含量达2159±112 μg/cm2时，对大肠杆菌(E. coli)和单增李斯特菌(L. monocytogenes)分别实现2.3 log和3.8 log的菌落减少。GC分析显示百里香酚(thymol)可持续释放21天，最高浓度达21.85±2.11 μg/cm3，为食品活性包装提供了有效的天然抗菌解决方案。

　　

在食品工业领域，微生物污染始终是影响食品安全和缩短货架期的关键难题。食源性病原体如大肠杆菌(Escherichia coli)和单增李斯特菌(Listeria monocytogenes)不仅会导致食品腐败变质，更会引发严重的公共卫生风险。传统化学防腐剂虽然有效，但消费者对天然替代品的需求日益增长，这促使研究人员将目光投向植物精油这一天然抗菌宝库。

百里香精油(Thyme essential oil)因其富含具有强效抗菌活性的酚类化合物百里香酚(thymol)而备受关注。研究表明，thymol可通过破坏细菌细胞膜结构、导致胞质泄漏和细胞裂解等方式发挥抗菌作用，同时对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有显著抑制效果。然而，精油直接应用于食品存在易挥发、感官影响大、所需剂量高等局限性。通过将精油包埋于包装材料中制成活性包装(active packaging)，使其通过气相扩散方式缓慢释放抗菌成分，成为更具应用前景的解决方案。

为此，立陶宛考纳斯理工大学与瑞士科研团队合作，在《Applied Food Research》发表了关于百里香精油抗菌涂层开发的重要研究成果。研究人员通过系统评估多种精油的抗菌活性，筛选出效果最佳的百里香精油，并将其与丙烯酸粘结剂(acrylic binder)和辛烯基琥珀酸淀粉钠(starch sodium octenylsuccinate)复合，开发出具有缓释功能的抗菌涂层。研究不仅通过琼脂扩散实验(agar diffusion assay)评估了直接接触抗菌效果，更创新性地采用气相扩散实验(vapor diffusion assay)模拟真实包装环境，同时利用气相色谱(GC)技术精确追踪了thymol的释放动力学。

关键技术方法包括：通过琼脂盘扩散法筛选抗菌效果最优的精油；采用转子-定子均质机制备精油-淀粉-丙烯酸复合乳液；使用涂布机和刮棒在取向聚丙烯(OPP)薄膜上制备不同厚度的涂层；通过气相扩散实验评估非接触抗菌效果；采用气相色谱-氢火焰离子化检测器(GC-FID)定量分析thymol释放规律。

3.1. 所选精油的 antibacterial 活性

研究人员首先评估了百里香、丁香、芳樟醇和丁子香酚等多种精油的抗菌效果。琼脂扩散实验结果显示，百里香精油对E. coli和L. monocytogenes均表现出最强的抑制效果，在最高浓度(1000 μg/μL)下，对两种菌的抑菌圈直径分别达到40.0±1.0 mm和88.0±1.0 mm。浓度梯度实验证实抗菌效果具有剂量依赖性，25 μg/μL的低浓度仍能产生12.3±1.2 mm(E. coli)和11.3±0.6 mm(L. monocytogenes)的抑菌圈。这一发现确立了百里香精油作为最优候选材料。

3.2. 包装薄膜涂层的开发

研究团队将筛选出的百里香精油与辛烯基琥珀酸淀粉钠、丙烯酸粘结剂复合，通过调节湿膜厚度(100 μm或171 μm)在电晕处理聚丙烯薄膜上制备了三种不同载油量的涂层。AC-S-TH-1、AC-S-TH-2和AC-S-TH-3涂层的百里香精油含量分别为585±30、1056±17和2159±112 μg/cm²，对应的thymol含量经GC测定为242±7、587±29和930±4 μg/cm²。涂层制备过程中保持了良好的稳定性，为后续抗菌功能实现奠定了基础。

3.3. 涂层薄膜的 antibacterial 活性

抗菌实验揭示了有趣的现象：在直接接触的琼脂扩散实验中，仅最高载油量的AC-S-TH-3涂层显示出抑菌活性(10.67±0.29 mm对E. coli；10.83±0.29 mm对L. monocytogenes)，而相同载油量的滤纸片抑菌效果更显著(18.67±0.58 mm和19.00±0.00 mm)。这表明涂层基质延缓了精油的释放速度。在更贴近实际包装情况的气相扩散实验中，AC-S-TH-2和AC-S-TH-3涂层均表现出显著抗菌效果，最高载油量涂层对E. coli和L. monocytogenes分别实现2.3 log和3.8 log的减少量。值得注意的是，百里香精油对革兰氏阳性菌L. monocytogenes的抑制效果优于革兰氏阴性菌E. coli，这与精油类物质的一般抗菌规律一致。

3.4. 百里香酚释放研究

通过GC色谱分析，研究人员精确追踪了thymol从涂层中的释放动力学。研究发现thymol释放是一个持续过程，10天内达到最大浓度21.85±2.11 μg/cm³，之后进入动态平衡期。有趣的是，在整个21天的实验期间，仅有极小比例的thymol从涂层中释放出来，表明该涂层系统具有长期抗菌潜力。色谱分析还显示，精油中各组分在涂层中保持良好稳定性，没有发现明显降解现象。

该研究成功开发了基于百里香精油的抗菌涂层系统，证实了其通过气相扩散方式抑制食源性病原体的有效性。涂层中thymol的缓释特性使其特别适合短保质期食品的抗菌包装应用。研究结果不仅为天然抗菌包装提供了实验依据，更展示了气相扩散实验在评估活性包装性能方面的独特价值。未来研究可进一步优化涂层配方以提高thymol释放效率，并在真实食品体系中验证其抗菌效果与感官影响，推动这一天然抗菌解决方案向实际应用转化。