基于鼠尾草籽胶-肉桂精油纳米乳的可食性涂层对草莓保鲜效果及货架期延长的作用机制研究

本研究针对草莓采后易腐烂、货架期短的问题，开发了一种基于鼠尾草籽胶(WSG)和肉桂精油(CEO)的纳米乳(NE)可食性涂层。结果表明，CEO-NE涂层能显著抑制微生物生长、延缓品质劣变，使草莓在室温下货架期延长至9天，为天然防腐剂在鲜果保鲜中的应用提供了新策略。

　　

草莓以其鲜美的口感和丰富的营养价值深受消费者喜爱，然而这种娇嫩的水果在采后流通过程中极易发生品质劣变。草莓属于非呼吸跃变型果实，呼吸速率高，加上果皮薄、组织柔软的特性，使其在采收和运输过程中极易遭受机械损伤和微生物侵染。特别是由灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）和匍枝根霉（Rhizopus stolonifer）等引起的真菌病害，会导致草莓质地软化、色泽劣变和风味丧失，造成严重的采后损失。

传统的保鲜方法如低温贮藏（0-4°C）、高湿环境和气调包装虽然能在一定程度上延缓草莓腐败，但在实际供应链中往往难以持续维持理想条件。化学杀菌剂虽然效果显著，但长期使用可能导致微生物产生抗药性，并在果实表面残留有害物质，引发食品安全担忧。近年来，随着消费者对健康和环境问题的日益关注，开发安全、高效、绿色的天然保鲜技术已成为研究热点。

可食性涂层作为一种新型保鲜技术，通过在水果表面形成一层薄薄的保护膜，能够有效阻隔水分蒸发、氧气渗透和微生物侵袭，从而延长货架期。这些涂层通常由多糖、蛋白质或脂质等可生物降解材料制成，不仅安全无毒，还可作为功能性成分（如抗菌剂、抗氧化剂）的载体，实现主动保鲜功能。在众多天然抗菌剂中，肉桂精油（CEO）因其强大的抗菌和抗氧化活性而备受关注，其主要活性成分肉桂醛能够破坏微生物细胞膜结构，抑制酶活性，最终导致细胞裂解。然而，CEO的水溶性差、易挥发和强烈气味限制了其直接应用。纳米乳（NE）技术通过将精油包裹在纳米级颗粒中，可显著提高其水分散性、稳定性和生物利用度，从而增强其保鲜效果。

与此同时，植物种子胶作为可食性涂层材料也展现出巨大潜力。鼠尾草籽胶（WSG）是从野生鼠尾草（Salvia macrosiphon Boiss）种子中提取的一种天然多糖，具有良好的凝胶性和机械稳定性，在食品工业中常用于改善面团加工特性和防止水分流失。然而，WSG在鲜果保鲜领域的应用尚未得到充分探索，其与CEO结合形成的纳米乳涂层对草莓保鲜效果的研究更是未见报道。

在此背景下，伊朗伊斯兰阿扎德大学食品安全与技术系的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表了创新性研究成果，系统探讨了基于WSG的CEO纳米乳涂层对草莓采后品质和货架期的影响，为开发新型天然保鲜技术提供了重要理论依据和实践指导。

本研究采用了几项关键实验技术：首先通过水提法从鼠尾草种子中提取WSG，并利用GC-MS分析了CEO的化学成分组成；采用微量稀释法测定了CEO对常见致病菌和真菌的最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC/MFC）；通过高速匀质结合超声处理制备了CEO纳米乳液，并表征了其粒径、多分散指数（PDI）、Zeta电位和包封率等理化特性；将草莓样品分为四组（对照组、纯CEO处理组、WSG涂层组和CEO-NE涂层组）进行浸泡处理，并在室温条件下储存9天；定期检测了草莓的质量损失率、总可溶性固形物（TSS）、pH值、可滴定酸度（TA）、维生素C含量、总酚含量、质地特性、微生物指标和颜色参数等品质指标。实验所用草莓样品采集自伊朗马赞德兰省Bahnemir地区的当地果园，确保了实验材料的统一性和代表性。

3.1. CEO成分分析

通过GC-MS分析发现，肉桂精油的主要成分为肉桂醛（58.8%），其余重要成分包括肉桂醇乙酸酯（10.5%）、丁子香酚（6.7%）和月桂烯（6.4%）。这些化合物共同贡献了CEO的抗菌、抗真菌和抗氧化活性，其中肉桂醛作为主要生物活性成分起主导作用，次要成分则通过互补和协同机制增强其保鲜效果。

3.2. CEO的MIC和MBC测定

CEO对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的MIC均为0.1 mg/mL，MBC值分别为0.4 mg/mL和0.2 mg/mL，表明革兰氏阴性菌由于富含脂多糖的外膜而具有更强的内在抗性。抗真菌试验显示，CEO对黄曲霉（A. flavus）和扩展青霉（P. expansum）的MIC和MFC值分别为0.1 mg/mL和0.2 mg/mL。这些低MIC/MFC值凸显了CEO作为天然防腐剂的潜力，因此选择0.4 mg/mL浓度用于NE制备和草莓处理。

3.3. CEO-NE特性

CEO-NE的平均粒径为188.5 nm，PDI为0.27，Zeta电位为-37.1 mV，包封率为86%。较小的粒径和窄分布表明超声辅助乳化效果良好，空化诱导的剪切促进了均匀纳米液滴的形成。-37.1 mV的Zeta电位落在稳定性阈值（30-60 mV）内，确认了良好的胶体稳定性。86%的高包封率进一步强调了多糖基系统包封疏水生物活性物质的能力。

3.4. 质量损失率

在9天的储存期间，不同处理对草莓质量损失的影响存在显著差异（p < 0.05）。未涂层果实（CON）的损失最高，逐渐增加至15.72%；纯CEO处理将重量损失降低至13.25%；WSG涂层草莓表现出更明显的减少，质量损失限制在6.51%；而NE基涂层（NAO）的效果最好，质量损失仅保持在4.22%。NAO的优异性能可归因于纳米级液滴尺寸，其产生了均匀致密的层，具有强大的表面附着力和增强的阻隔性能。

3.5. 总可溶性固体、pH和可滴定酸度

所有处理的总可溶性固体（TSS）值在储存期间均显著增加（p<0.05），但变化程度因组别而异。对照组TSS从7.25上升到8.44；CEO处理组显示略低的增加（7.21至8.27）；WSG涂层果实的增加较为缓和（7.19至7.82）；最稳定的TSS值出现在NAO涂层果实中，仅从7.15略微增加至7.46。pH和可滴定酸度（TA）也发生显著变化，对照组pH从3.50显著增加至3.62，TA从0.79%下降至0.54%；CEO处理组pH上升较慢（3.52至3.35），TA下降较为缓和（0.80至0.65%）；WSG涂层提供了更大的稳定性，pH仅从3.51上升至3.37，TA从0.81下降至0.71；最有效的处理是NAO，pH增加极小（3.52至3.39），TA保持最高（0.81至0.68）。

3.6. 维生素C和总酚含量

所有样品的维生素C含量在9天储存期间均下降（p < 0.05），但降解程度因处理方式而异。未涂层果实维生素C从695.5急剧下降至298.35 mg/kg（损失约57%）；CEO处理提高了保留率（696至465.72 mg/kg；损失33.1%）；WSG涂层草莓保留了573.82 mg/kg维生素C（损失17.3%）；最有效的保存出现在NAO涂层果实中，维生素C仅从695.1略微下降至638.2 mg/kg（损失约8.2%）。总酚含量（TPC）在所有处理中也呈下降趋势，但下降速率因涂层类型而异。对照组TPC从2490 mg GAE/kg大幅下降至1650 mg GAE/kg（减少33.7%）；NAO处理则表现出最有效的保存效果。

3.7. 质地分析

所有样品的硬度在9天的环境储存期间逐渐下降，但软化程度因处理方式而有显著差异（p<0.05）。对照组硬度从52.92 N急剧下降至仅9.83 N（减少超过81%）；CEO处理果实硬度从51.67 N下降至17.17 N（减少66.7%）；WSG应用显著改善了质地保持（p<0.05），硬度从47.83 N下降至20.5 N（总减少57.1%）；纳米乳化精油涂层（NAO）在保持果实硬度方面表现出最显著的效果，硬度从52.33 N下降至25.17 N（仅减少51.9%）。视觉评估显示，对照组草莓在第6天出现明显的真菌生长和腐败迹象，第9天出现严重的霉菌发展；CEO处理草莓表现出中等的抗腐败性，霉菌生长少于对照组；WSG和NAO涂层样品表现出最佳的保鲜性能，在9天内保持新鲜度、颜色和整体外观。

3.8. 微生物分析

嗜温需氧菌计数在9天的储存期间有所增加，但微生物生长程度因涂层类型而有显著差异（p<0.05）。对照组嗜温菌计数从2.84增加至3.34 log CFU/g；CEO处理果实微生物增长稍慢，达到3.05 log CFU/g；WSG涂层提供中等保护，微生物计数达到2.91 log CFU/g；最好的微生物控制出现在NAO涂层样品中，嗜温菌计数仅略微增加至2.77 log CFU/g。酵母和霉菌（TYM）计数也呈现类似趋势，对照组TYM水平从3.44显著增加至3.88 log CFU/g；CEO处理果实的TYM计数低于对照组，达到3.43 log CFU/g；WSG涂层果实的TYM增长略好于CEO，最终为3.30 log CFU/g；NAO处理表现出最有效的抑菌效果，TYM值在第9天仅达到3.09 log CFU/g。

3.9. 颜色测量

对照组亮度（L）从75.29显著降低至42.49，表明快速变暗和视觉品质恶化；CEO处理样品显示L值下降较慢，达到47.18；WSG和NAO涂层样品表现出更好的亮度保持，最终L值分别为55.00和61.35。a参数（红色强度）在所有处理中也随时间下降，对照组显示最大下降（从37.95至24.84）；NAO涂层草莓在储存结束时保持最高的红色强度（32.53）。类似趋势出现在b*值中，对照组从17.54急剧下降至10.22；所有处理均延迟了黄色色调的减少，NAO再次表现出最好的保持（从17.02至14.50）。总色差（ΔE）在所有处理中稳定增加，但程度不同。对照组达到ΔE为50.26，表示显著的可见颜色变化；NAO组表现出最小的总体变化（ΔE = 70.94 - 85.90）；WSG和CEO涂层水果也延迟了颜色变化，但效果不如NAO。

本研究通过系统评估WSG基CEO纳米乳涂层对草莓采后品质的影响，得出以下重要结论：CEO-NE涂层能显著抑制草莓中微生物的生长繁殖，特别是对引起腐败的真菌如黄曲霉和扩展青霉具有强烈抑制作用；该涂层能有效延缓草莓质地软化、营养成分降解和颜色劣变等品质变化，使草莓在室温下的货架期从3天延长至9天；纳米乳化技术通过提高精油的稳定性、分散性和生物利用度，增强了其保鲜效果；WSG作为涂层基质具有良好的成膜性和阻隔性能，与CEO产生协同保鲜效应。

这些发现不仅为草莓采后保鲜提供了一种高效、安全的天然解决方案，也为其他易腐水果的保鲜技术开发提供了重要参考。该研究的创新之处在于首次将WSG与CEO结合并通过纳米乳化技术应用于草莓保鲜，突破了传统保鲜方法的局限性，符合现代食品工业对绿色、可持续保鲜技术的需求。未来研究可进一步探索不同精油与多糖基质的组合效果，优化纳米乳制备工艺，并评估其在大规模商业应用中的可行性和经济性。此外，对涂层保鲜机制的深入解析，如对果实生理代谢、基因表达和信号通路的影响，也将有助于推动可食性涂层技术在鲜果保鲜领域的更广泛应用。