《Food Science & Nutrition》：Bioactive and Functional Properties of Ferulago angulata Essential Oil for Sustainable Food Packaging Systems
Ferulago angulata精油（FAEO）因其抗菌（antimicrobial）和抗氧化（antioxidant）特性，作为可持续食品包装应用的天然生物活性剂而日益受到关注。FAEO含有多种功能性植物化学物，包括α-蒎烯（α-pinene，21.85%–35.08%）、柠檬烯（limonene，4.8%–21.85%）、沙宾烯（sabinene，16.9%）和(Z)-β-罗勒烯（(Z)-β-ocimene，18.0%–35.5%），这些成分有助于其对食源性病原体如Bacillus thuringiensis、Escherichia coli O157:H7和Staphylococcus aureus的抗氧化和抗菌活性。已报道的最低抑菌浓度（minimum inhibitory concentration, MIC）范围为0.45–10 mg/mL，抗氧化活性包括22%的DPPH自由基清除率和52.81%的ABTS自由基抑制率。FAEO已被纳入多种聚合物材料，如海藻酸钠（sodium alginate）、壳聚糖（chitosan）、明胶（gelatin）、玉米醇溶蛋白（zein）、马铃薯淀粉（potato starch）和纤维素基薄膜（cellulose-based films）。先进的包封方法，包括纳米乳化（nanoemulsification）、静电纺丝（electrospinning）和冷冻干燥（freeze-drying），改善了FAEO在包装系统中的稳定性、控释（controlled release）和生物活性。研究人员对FAEO在活性包装系统中的作用进行了综述，详述了其如何影响薄膜的结构、物理、机械和阻隔性能。此外，负载FAEO的系统表现出由聚合物类型、形态和包封方法驱动的控释，从而影响其抗菌和抗氧化性能。与富含酚类化合物的精油（essential oils, EOs；如百里香和牛至精油，其具有较强抗氧化潜力但感官特征强烈）不同，FAEO具有较温和的气味和不同的抗菌机制，可能适用于需要感官中性的包装应用。尽管有这些优势，仍存在若干挑战，包括挥发性、疏水性、感官影响、法规限制和工业应用的可扩展性。总体而言，FAEO显示出作为合成防腐剂天然替代品的潜力，可用于开发可持续和活性食品包装系统。然而，未来研究应解决工业可扩展性、实时货架期评估以及负载FAEO的可生物降解薄膜的优化问题。
1 Introduction
该综述指出，近二十年来食品包装领域持续转向可持续、安全且耐贮的包装体系，生物可降解和环境友好材料替代石油基材料的 demand 增加；精油（essential oils, EOs）因具抗菌和抗氧化活性，可作为活性食品包装（active food packaging）的天然添加剂。活性包装可形成物理屏障并抑制微生物生长和氧化酸败，从而延长食品货架期；但EOs存在稳定性、控释、感官影响和均一分散等应用瓶颈，生物聚合物膜和纳米包封等材料学策略可用于稳定和改善性能。FAEO富含单萜和倍半萜，具食品包装应用潜力，但相较肉桂、丁香、百里香和牛至等EOs仍研究不足。该综述旨在整合FAEO化学组成、功能特性、加入技术、对包装材料性能的影响、应用、挑战和未来展望。
2 Literature Search Strategy
该综述采用叙述性综述方法，检索PubMed、Scopus、Web of Science和Google Scholar等数据库，时间范围为2000年至2026年；检索词涵盖“Ferulago angulata”“Chavil”“essential oil”“chemical composition”“active packaging”“edible coating”“packaging films”“antioxidant activity”“antimicrobial activity”“encapsulation”“nanoemulsion”“electrospinning”“edible film”“food preservation”以及“meat”“seafood”“Turkey”“butter”等。由四名研究人员先根据题名和摘要初筛，再评估全文，通讯作者验证纳入/排除标准及数据提取方法；仅纳入直接研究FAEO在活性包装系统中的英文原创研究，排除综述、系统综述、Meta分析、会议摘要、社论、书籍章节及非英文文献，并使用EndNote管理文献。
3 Chemical Composition of FAEO
FAEO的化学组成和含量受植物部位、地理来源、海拔、土壤和气候等因素影响。GC–MS分析常报道的化合物包括α-pinene、(Z)-β-ocimene、sabinene、β-phellandrene、α-phellandrene和limonene，其相对百分含量在不同研究间差异明显；α-pinene在不同伊朗种群中可呈20.84%–49.06%的变化。花、叶和果实的油组成不同，花油以(Z)-β-ocimene和α-pinene为主，叶油含α-pinene、β-phellandrene和α-phellandrene，果油组成多样性较高；精油产率也随植物部位变化。某些主要成分具有已报道的生物活性，例如α-pinene对Listeria monocytogenes和Staphylococcus aureus具抑制活性。不同种群的α-pinene含量和抗自由基活性相关，标准化植物来源、地区、部位和提取方案对保证包装应用中的功能一致性十分重要。
4 Functional Properties of FAEO
4.1 Antioxidant Potential
FAEO的抗氧化能力主要与其酚类化合物有关，但其整体抗氧化活性通常被描述为中等。ABTS法显示，以麦芽糊精和阿拉伯胶包封的3% EO配方可达52.81%抑制率，总酚含量最高为66.88 mg/mL；壳聚糖涂层中加入3% FAEO时DPPH自由基清除率为22%，而单独壳聚糖为6.15%。其抗氧化活性低于富含百里酚和香芹酚的百里香、牛至等EOs，原因在于FAEO以单萜烃为主、酚类含量较低；纳米乳化可因改善分散性和增加表面积而提高自由基清除效率。
4.2 Antimicrobial Effects
FAEO对多种食源性病原体和腐败微生物具抗菌活性，GC–MS研究提示(Z)-β-ocimene、α-pinene、p-cymene、sabinene和phellandrenes等成分参与其作用。对Bacillus thuringiensis的MIC为8 μL/mL；对Escherichia coli O157:H7和Staphylococcus aureus的MIC分别为5 mg/mL和10 mg/mL，差异与革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞包膜结构有关。FAEO还具抗真菌作用，并在鱼保鲜中降低Shewanella putrefaciens和Pseudomonas fluorescens数量。其机制包括插入磷脂双层、增加膜通透性、诱导活性氧（reactive oxygen species, ROS）如超氧阴离子和H
2O
2造成氧化损伤，以及干扰代谢和抑制孢子萌发等。
4.3 Sensory and Organoleptic Effects
FAEO具有特征性风味和香气，低浓度（如0.01%）用于益生菌酸奶时可改善滋味、香气和可接受性；较高浓度可能掩盖食品原有风味或产生苦味，因此需按应用优化剂量。其挥发性成分如(Z)-β-ocimene和α-pinene可赋予香气并掩盖预包装食品的不良气味，在包装中兼具保鲜和产品吸引力作用。
4.4 Neuroprotective and Health-Promoting Properties
药理学研究提示，吸入FAEO在动物模型中具抗焦虑和抗抑郁样作用，可能与其单萜成分与γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid, GABA）受体相互作用有关；Ferulago angulata提取物的抗氧化活性可能有助于降低氧化应激。传统用于消化紊乱的用途提示其可能具解痉或抗溃疡作用，但仍需现代研究确认；这些健康促进特性与食品包装应用关系有限，综述仅作简要提及。
4.5 Synergistic Effects and Mechanisms of Action
FAEO中单萜、倍半萜和香豆素等成分具有自由基清除和酶抑制等生物活性，并通过协同作用赋予食品保鲜功能。其抗菌、中等抗氧化、感官影响和食品基质稳定性等综合作用，使其可能成为合成防腐剂的天然替代方案；FAEO还可提高益生菌活力并改善功能食品健康效益，先进配方可提高其稳定性和功效。
5 Methods for Obtaining Films Loaded With FAEO
FAEO传统上可用于乳制品防腐，但高浓度直接加入食品会产生不良感官特性，因此采用纳米包封、微包封、静电纺丝及包装/涂层等方式改善稳定性、应用性和功效。包封被定义为以载体基质包埋生物活性物质并控制释放速率的方法，适用于亲水和疏水化合物，但颗粒尺寸、结构控制和基质适用范围有限。
5.1 Electrospinning Method
静电纺丝和电喷雾可在低温下包封FAEO等活性成分，减少其暴露于pH、光、湿度、氧和酶等环境因素，并提高生物利用度、掩蔽气味和实现控释。聚合物选择是关键。玉米醇溶蛋白（zein）纳米纤维含0.5%–1.5% FAEO时，1%和1.5%体系氧化稳定性优于BHT（100 mg/Kg），可延缓黄油油氧化并降低过氧化值、TBARS、p-茴香胺值和酸值，在24天加速储藏中延长氧化稳定性。
5.2 Solvent Casting
溶剂浇铸法已用于制备羧甲基纤维素（carboxymethyl cellulose, CMC）/Zedo gum（ZG）复合膜并加入植物提取物。其步骤通常包括生物聚合物溶解、热处理、浇铸和干燥；该方法适合实验室规模研究，但产率较低且可能存在机械强度限制。
5.3 Coating
可食涂层可承载生物活性物质并延长易腐食品货架期。壳聚糖基纳米乳液涂层含1%–3% FAEO，经超声（20 kHz，5 min）制备后液滴尺寸降低、ζ电位提高、多分散指数降低；3% EO纳米乳液显著抑制S. putrefaciens和P. fluorescens，延缓TVB-N和脂质过氧化，并在4°C下保持鳟鱼片16天的质地、颜色和总体可接受性。
5.4 Nanoparticle Encapsulation
纳米颗粒包封可提高EO稳定性和功效并实现控释。采用离子凝胶法制备壳聚糖纳米粒时，壳聚糖（1% w/v于乙酸）与Tween 80混合，加入FAEO，均质后以0.4%三聚磷酸钠（TPP）交联、搅拌、离心和冷冻干燥，形成负载FAEO的壳聚糖纳米粒。
6 Effect of FAEO Incorporation on the Packaging Material Properties
FAEO加入会改变包装材料的结构、物理、机械和阻隔性能，且效果受聚合物基质影响。zein纳米纤维经静电纺丝负载FAEO后呈光滑、均匀、圆柱形纤维，1%和1.5% FAEO显著延缓黄油脂质氧化，过氧化值为0.79–1.03 meq O
2/kg，TBARS为0.35–0.45 mg MDA/kg，p-茴香胺值和酸值也显示氧化稳定性增强。CMC/ZG复合膜加入2.5 μL FAE后，拉伸强度（tensile strength, TS）由6.92 MPa升至约10.55–12.50 MPa，断裂伸长率（elongation at break, EAB）由24.21%降至6.10%，水分含量和水蒸气透过率（water vapor permeability, WVP）降低，傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）显示氢键相互作用。淀粉/CMC膜中FAEO由0.5%增至1.5%时，TS由7.50降至3.37 MPa，WVP由1.81降至1.14×10
?7 g/m·h·Pa，水分吸收和溶解度降低。甲基纤维素纳米包封FAEO膜厚度和TS降低、EAB和亮度增加，并具抗氧化和缓释性能。壳聚糖膜中FAEO由1%增至3%时自由基清除率由7.2%升至22%。总体表明，聚合物基质决定FAEO/FAE作为增强填料还是增塑剂。
7 Applications of FAEO-Loaded Packaging Materials
活性包装可保持或改善食品品质并延长货架期。壳聚糖加3% FAEO纳米乳液用于虹鳟鱼片时，对照菌落总数（total viable count, TVC）第8天超过7 log CFU/g，而处理组至第12天仍低于该限值，纳米乳液进一步延迟腐败，第16天降低约2.57 log CFU/g；TVB-N升高被延迟至第16天，TBARS保持低于5 mg MDA/kg，货架期延长至16天。海藻酸钠涂层含FAEO用于鸡胸肉时，TVC在对照第6天超过7 log CFU/g，处理组至第9天仍低于限值，第12天TBARS仅0.36 mg MDA/kg而对照为1.20 mg MDA/kg。明胶-壳聚糖膜加0.5% FAEO用于火鸡肉时，对照第6天TVC达7 log CFU/g，处理组至第12天仍低于阈值，并降低S. aureus和大肠菌群数量、改善感官品质。淀粉-CMC-FAEO膜用于黄油时延缓过氧化值和酸值升高，延长货架期至6天，可作为铝箔的可持续替代。壳聚糖加150 ppm FAEO用于蘑菇时，可降低硬度损失、失重和微生物生长，最佳保持质地、颜色和重量。总体而言，FAEO可使所研究易腐食品货架期平均延长3–8天，鱼和禽类产品效果较高。
8 Release Kinetics and Diffusion Mechanisms
活性剂从包装向食品迁移受质量传递、平衡和动力学过程控制，释放速率需与食品腐败动力学匹配：过慢释放保护不足，过快释放则造成活性剂浪费。喷雾干燥壳聚糖微球负载FAEO呈双相释放，前5 h约释放50%，随后经表面侵蚀和扩散缓慢释放；较高分子量壳聚糖形成更致密壳层并降低释放速率。离子凝胶壳聚糖纳米粒的最大包封率为60.20%、载药量为24.5%，热重分析（thermogravimetric analysis, TGA）显示包封后热稳定性提高；FTIR证实物理相互作用，释放表现为30 min内表面快速释放、随后持续扩散至180 min，pH 3时总释放36%，pH 7.4时为27%，250 min后达平台。zein纳米纤维的包封率为96.15%–96.82%，释放呈温度依赖性，12 h内快速释放13.23%–23.45%，48 h达31.54%–39.95%。因此，聚合物性质和包封技术决定释放机制为扩散控制、溶胀控制或降解控制，需针对食品应用进行设计。
9 Comparison of FAEO With Other Functional Additives
EOs广泛用作活性包装中的天然抗菌和抗氧化剂。与百里酚、丁香酚、香芹酚和肉桂酸等相比，FAEO以α-pinene和(Z)-β-ocimene等单萜烃为主，抗菌作用中等、抗氧化活性低于富含酚类的丁香、肉桂和丁香酚等EOs；但其酚类含量较低、气味较温和，对包装食品的感官影响较小，0.5% FAEO的壳聚糖-明胶膜可延长火鸡片货架期并改善感官性能。与丁香、百里香和杏核油等相比，FAEO与壳聚糖的协同抗菌作用较弱，可能与其香芹酚和百里酚等酚类含量较低有关。载体基质结构决定EO释放，快速释放会造成早期效能损失和强烈气味，过慢释放则保护不足，因此需设计载体以兼顾抗菌有效性和感官耐受性。
10 Challenges and Safety Aspects
FAEO应用面临高挥发性及光、热、氧敏感性导致活性成分快速损失的问题；高剂量下强香气和风味可能影响包装食品感官品质；其疏水性导致水溶性差、与淀粉、纤维素和壳聚糖等亲水生物聚合物相容性有限，易出现分布不均、相分离或迁移，进而降低机械强度和阻隔性能。 regulations方面，食品接触材料需符合欧盟框架法规(EC) No. 1935/2004，塑料材料(EU) No. 10/2011规定总迁移限量（overall migration limit, OML）为60 mg/kg食品或10 mg/dm
2，并需开展毒理学评估和迁移研究。已有毒理学研究报道，叶己烷提取物对MCF-7细胞的IC
50为5.3±0.82 μg/mL，急性毒性研究认为植物提取物安全；大鼠口服100、200和400 mg/kg 10天未见肝、肺、心和肾组织副作用，花提取物在150和300 mg/kg的二甲基亚硝胺诱导大鼠模型中300 mg/kg未见毒性。工业化还受高质量FAEO提取、化学组成标准化、可扩展包封/乳化技术和标准方案缺乏等限制。
11 Industrial Aspects and Future Prospects
工业规模喷雾干燥包封的产率可高于50%、包封效率超过70%。未来需研究FAEO负载活性材料对诺如病毒、轮状病毒及Cryptosporidium、Giardia等寄生虫的效果；多数研究使用非致病菌，需区分一般腐败抑制与真正食源性病原体抑制，并将微生物货架期延长与生化降解效应分开评价。规模化解决方案包括包封结合挤出、液滴聚并控制和FAEO与聚合物基质相容性优化；还应研究FAEO与生物活性物复配以增强抗菌和抗氧化性能，并减少薄膜中FAEO因蒸发造成的损失。
12 Conclusion
该综述认为，FAEO具抗菌和中等抗氧化性能，可作为活性食品包装的天然添加剂；加入生物聚合物膜和纳米结构可延长鱼、禽、乳品和蘑菇等食品货架期。关键性能因素包括聚合物基质、液滴分散、包装方法、包封技术、环境条件和纳米粒稳定化。其局限包括高挥发性、水溶性差、感官影响、法规批准缺乏，以及化学组成和生物活性受地理来源、提取方法和植物部位影响而导致标准化困难。未来需建立标准化抗菌、抗氧化和感官评价方案，利用先进包封实现均匀分散和控释，优化高水分和高脂肪食品中的FAEO负载，并补充真实食品体系数据。工业规模化可通过挤出结合包封和增强FAEO-生物聚合物相容性推进；未来还应研究FAEO与其他生物活性物、纳米材料的协同体系，利用人工智能（artificial intelligence, AI）和机器学习预测组成、释放动力学和包装结构，并开展迁移研究和长期稳定性评估以支持法规批准和商业应用。
