超声波辅助制备罗勒油纳米乳剂的特性及其在牛肉保鲜中的应用研究

《Ultrasonics Sonochemistry》：Preparation and characterization of ultrasound-mediated Ocimum basilicum L. essential oil nanoemulsion and its application in meat preservation

本研究针对天然食品保鲜剂稳定性差、生物利用度低的问题，通过超声波乳化技术构建了稳定的罗勒油纳米乳剂。该乳剂在6%罗勒油、9% EL60乳化剂及90 W超声功率下获得最优配方，粒径小于100 nm，在4°C和55°C下均表现出良好稳定性。实验表明，纳米乳剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有显著抑菌效果（MIC分别为250 μg/mL和125 μg/mL），其机制包括破坏细胞膜完整性、诱导活性氧（ROS）积累和脂质过氧化（MDA升高）。抗氧化测试显示，在200 μg/mL浓度下对DPPH和ABTS自由基清除率分别达95%和86%，FRAP值为14.6 μmol/g。细胞实验证实其对L02和BEAS-2B细胞毒性低（16 mg/mL时存活率>83%）。牛肉保鲜应用中，纳米乳剂浸渍滤纸的非接触式包装能有效抑制微生物生长、延缓pH上升和TVB-N积累，将保质期延长至4天。该研究为天然防腐剂在食品工业中的应用提供了新策略。

　　

在追求绿色健康的今天，合成食品添加剂的安全性问题日益引发关注，而天然植物活性成分因其低毒性、可降解性成为研究热点。罗勒油作为一种富含萜类和苯丙素类化合物的植物精油，具有显著的抗菌和抗氧化潜力，但其易挥发、稳定性差的特性限制了实际应用。如何通过技术手段提升罗勒油的稳定性并发挥其保鲜效能，成为食品科学领域亟待突破的难题。

为解决上述问题，扬州大学临床医学院王岳团队在《Ultrasonics Sonochemistry》发表研究，通过超声波辅助乳化技术成功构建了罗勒油纳米乳剂，并系统评价了其理化特性、生物安全性及在牛肉保鲜中的应用效果。研究通过优化乳化剂类型（EL系列）、浓度（6%-9%）和超声功率（36-90 W），确定以6%罗勒油、9% EL60乳化剂和90 W超声功率制备的纳米乳剂具有最小粒径（56 nm）和最佳稳定性。乳剂在4°C和55°C下储存14天未出现相分离，粒径仅增至44-104 nm。

关键技术方法

研究采用超声波细胞破碎仪进行乳化，通过激光粒度分析仪测定乳滴尺寸；以滤纸片法和微量稀释法测定对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC）；通过扫描电镜（SEM）观察细菌形态，结合ROS荧光探针和丙二醛（MDA）检测分析抗菌机制；采用DPPH、ABTS和FRAP法评估抗氧化能力；以CCK-8法检测人肝细胞L02和肺上皮细胞BEAS-2B的存活率；最后将纳米乳剂涂覆滤纸用于牛肉包装，监测4天内pH、菌落总数（TVC）、TVB-N等指标变化。

3.1 配方优化结果

通过比较不同乳化剂（EL20-EL80）发现，HLB值14-15.5的EL60制备的乳剂稳定性最佳。随乳化剂浓度从6%升至9%，乳滴粒径从124 nm降至57 nm，且9% EL60组在高温和冷藏下均保持均匀状态。超声功率实验表明，90 W时乳剂呈半透明蓝色，粒径最小，而低功率组出现分层或絮凝。

3.2 抗菌活性与机制

纳米乳剂对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）的抑制作用强于革兰氏阴性菌（大肠杆菌），抑菌圈直径分别达17.97 mm和16.09 mm。SEM显示细菌经处理后细胞膜破裂、内容物泄漏。机制研究表明，纳米乳剂可诱导细菌内ROS水平升高（较对照组增加1.4×10⁴-1.6×10⁴a.u.），促进MDA生成（超对照组5倍），导致蛋白大量泄漏（吸光度值达0.80），表明其通过氧化应激和膜损伤双重途径发挥抗菌作用。

3.3 抗氧化能力

纳米乳剂的DPPH清除率在200 μg/mL时达95%，ABTS清除率为86%，FRAP值达14.6 μmol/g，显著高于纯罗勒油，归因于纳米封装提高了活性成分的分散性和稳定性。

3.4 生物安全性

细胞实验显示，纳米乳剂在1-16 mg/mL浓度范围内对L02和BEAS-2B细胞无毒性，低浓度（1 mg/mL）甚至促进细胞增殖（存活率115%），高浓度（16 mg/mL）下存活率仍高于83%。

3.5 牛肉保鲜应用

将纳米乳剂涂覆滤纸用于牛肉包装（10°C储存4天），0.7 mL处理组效果最佳：pH终值为6.61（对照组7.08），TVC为6.13 Log CFU/g（对照组6.92），TVB-N含量仅12.82 mg/100g（低于国标限值15 mg/100g），且重量损失降低至5%。 freshness kit检测显示处理组牛肉保持淡黄色，而对照组已变为橙红色，证实纳米乳剂通过抑制微生物增殖和蛋白质降解有效延长保鲜期。

结论与意义

该研究成功开发了一种高稳定性、低毒性的罗勒油纳米乳剂，明确了其通过膜损伤和氧化应激途径发挥抗菌作用的机制，并创新性地采用非接触式包装应用于牛肉保鲜，为天然防腐剂在食品工业中的推广提供了理论依据和技术支持。未来可进一步探索该纳米乳剂在果蔬、水产品等易腐食品中的跨领域应用潜力。