《Food Science & Nutrition》：Encapsulation of Peppermint Essential Oil (Mentha piperita L.) in Gelatin-Coated Solid Lipid Nanocarriers (PEO-SLNs): Characterization and Its Effect on Microbial Quality of Trout Fillet (Oncorhynchus mykiss)
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本工作的主要目标是开发负载薄荷精油的固体脂质纳米粒（PEO-SLNs）并评价其对鳟鱼片微生物品质的效果。PEO-SLNs通过水浴超声制备，并采用动态光散射（DLS）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征。优化纳米粒的Zeta电位（zeta
本工作的主要目标是开发负载薄荷精油的固体脂质纳米粒（PEO-SLNs）并评价其对鳟鱼片微生物品质的效果。PEO-SLNs通过水浴超声制备，并采用动态光散射（DLS）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征。优化纳米粒的Zeta电位（zeta potential）为?21.84 ± 2.25 mV，平均粒径为124.18 ± 0.22 nm，多分散指数（PDI）为0.20 ± 0.02。鳟鱼片随机分配至四个处理组：第1组，未涂膜鱼片；第2组，5%鱼明胶涂膜鱼片；第3组，含0.2% PEO的5%鱼明胶涂膜鱼片；第4组，含0.2% PEO-SLNs的5%鱼明胶涂膜鱼片。处理鱼片在4°C ± 1°C贮藏12天，并在整个贮藏期间进行微生物分析。在含PEO的负载SLNs明胶处理样品中观察到总活菌数（total viable bacteria，1.20 log CFU/g）、总嗜冷菌（total psychrophilic bacteria，1.04 log CFU/g）、假单胞菌属（Pseudomonas spp.，0.74 log CFU/g）、肠杆菌科（Enterobacteriaceae，0.93 log CFU/g）、腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens，0.73 log CFU/g）、酵母和霉菌计数（yeast and mold count，0.91 log CFU/g）的最高降低率。PEO-SLNs表现出最高总体微生物降低，与游离PEO相比在六个评价微生物指标中的四个具有统计学显著改善。然而，对腐败希瓦氏菌和肠杆菌科未观察到显著差异。此外，PEO在SLNs中包封导致比游离PEO更强的抗菌活性。这些发现表明，掺入PEO-SLNs的鱼明胶涂膜是改善鳟鱼片微生物品质的有前景天然保鲜策略。
研究背景方面，易腐食品尤其是健康海产品的保鲜是食品科学的重要领域。鱼类腐败主要包括细菌性、化学性和自溶三类；为在不使用合成成分的情况下保持食品新鲜并延长货架期，可使用精油等天然防腐剂。薄荷（Mentha piperita L.）富含精油，含柠檬烯、薄荷酮和薄荷醇等具有抗菌和抗氧化特性的生物活性化合物；但精油疏水、挥发性高，且在光照和氧气存在下易劣变，限制其贮藏稳定性。鱼明胶是源自冷水鱼皮的可食用涂膜，可生物降解、无毒，并与精油具有良好相容性；明胶与精油结合可形成保护易腐食品完整性和新鲜度的气氛。尽管已有研究分别考察游离薄荷精油和多种纳米载体系统，但关于明胶包覆的负载薄荷精油固体脂质纳米粒用于控制多种腐败微生物并延长虹鳟鱼片冷藏货架期的信息有限。近年来，固体脂质纳米粒（solid lipid nanoparticles, SLNs）作为脂质基递送系统用于保护食品工业中的生物活性化合物；其胶体纳米粒呈球形，尺寸约10–1000 nm，主要用于包封食品成分、控制释放和延缓氧化。研究人员此前已报道负载薄荷精油的SLNs掺入明胶涂膜可改善虹鳟鱼片保鲜，也报道了负载Zataria multiflora精油的SLNs用于明胶/海藻酸盐涂膜鸡鱼片等；但本研究与这些报道不同，采用新优化的PEO-SLN配方、额外理化表征、扩展的微生物评价、不同涂膜配方和不同目标。因此，本研究旨在开发并表征优化的负载薄荷精油SLNs，并评价其对虹鳟鱼片微生物品质的效果。研究得出，PEO-SLNs具有合适的粒径、PDI、ZP和包封效率，掺入鱼明胶涂膜可改善冷藏鳟鱼片微生物品质；其意义在于为水产品天然保鲜提供有前景的策略，但尚需结合理化和感官指标确定货架期延长幅度。
关键技术方法概述（不超过250字）：研究人员以水浴超声制备PEO-SLNs；采用DLS测定粒径（PS）、PDI和ZP，透析袋法结合UV–Vis测定包封效率（encapsulation efficiency, EE）；采用XRD和FTIR表征；采用微量稀释法测定最小抑菌浓度（minimum inhibitory concentration, MIC）和最小杀菌浓度（minimum bactericidal concentration, MBC）；采用透析袋法在磷酸盐缓冲液（phosphate buffer saline, PBS，pH 7.4）37°C下进行144 h体外释放研究。鳟鱼样本来自伊朗马什哈德鱼场，平均体重350.5 ± 12.4 g，宰后冰运，无菌切成10 g鱼片，随机分为对照、5%鱼明胶、5%鱼明胶+0.2% PEO、5%鱼明胶+0.2% PEO-SLNs四组，于4°C ± 1°C贮藏12天，按0、1、2、4、6、8、12天进行微生物分析；采用重复测量方差分析和Tukey检验，p < 0.05为显著。
研究结果如下。3.1 PEO的化学成分：通过气相色谱/质谱（gas chromatography/mass spectrometry, GC/MS）分析Mentha piperita L.精油成分，iso-menthol和carvone分别占24.69%和16.98%，menthone和limonene分别占12.35%和10.88%，总鉴定成分88.66%；研究结论认为薄荷精油化学组成受地理来源、气候条件、植物发育阶段、采收时间以及提取和分析程序等因素影响，不同研究间存在差异。3.2 SLNs表征：通过DLS、XRD和FTIR对PEO-SLNs进行表征。3.2.1 PS、PDI、ZP和包封效率：通过考察乳化剂和脂质含量对SLNs分散体质量的影响，优化配方以粒径小于200 nm、PDI小于0.2、较高ZP以防止颗粒聚集并具有最高EE为目标；优化配方为200 mg甘油单硬脂酸酯（GMS）和0.2%表面活性剂，实测PS为124.18 ± 0.22 nm、PDI为0.20 ± 0.02、ZP为?21.84 ± 2.25 mV，并报告EE为59.25%；随后文中又述优化PEO-SLNs的EE为55.5%（约56%），并说明该优化配方依据前期配方优化研究选择。研究结论认为所有SLNs配方的PDI均低于0.5，粒径分布良好，PEO适合作为SLNs的油相；ZP为负值可能与GMS和Tween 80存在于脂质基质表面有关，较高绝对ZP通常与较高胶体稳定性相关。3.2.2 X射线衍射分析（XRD）：通过XRD分析纯GMS、PEO、GMS+PEO和负载PEO的SLNs的晶型结构；纯GMS在2θ为5.8、7.6、19.75、22.95、37.05、40.25和42.30处有明显衍射峰，纯PEO在2θ为5.4、7.3、19.5、20.4、22.6、36.8和42.8处有峰，PEO-SLNs在2θ为5、5.8、19.9和22.6处有显著衍射峰，表明存在一定结晶结构；研究结论认为纯材料的晶态比所生成纳米载体更有序，表明PEO充分整合入脂质基质。3.2.3 傅里叶变换红外光谱（FTIR）：通过FTIR鉴定分子功能团并研究GMS、PEO、GMS+PEO和PEO-SLNs之间的化学相互作用；O–H伸缩振动宽峰位于3461.04、3313.07、3316.40和3306.55 cm
?1，脂肪酸酰基链–CH
2基团的C–H伸缩振动位于2849.9和2916.5 cm
?1，脂肪酸酯羰基C=O伸缩振动位于1737.7–1730.4 cm
?1，极性头基C–O–C伸缩振动位于1106.07 cm
?1，C–O伸缩振动位于1250 cm
?1，1255.3和720.3 cm
?1与脂肪酸脂肪链C–H伸缩振动有关；比较GMS与PEO、GMS+PEO及负载PEO的SLNs的IR光谱，未观察到明显峰位移、峰形改变或强度变化；研究结论认为SLNs中的脂质固化并形成与原辅料结构相似的基质，PEO包封后FTIR光谱未改变，所有PEO特征峰处于相同波数，表明PEO与SLNs之间无相互作用或修饰。3.2.4 PEO的抗菌活性：通过微量稀释法评价PEO和PEO-SLNs对P. aeruginosa、L. monocytogenes和E. coli O157:H7的抗菌活性；所有测试菌株对PEO和PEO-SLNs的抗菌活性均显示显著敏感性，革兰阳性菌比革兰阴性菌更敏感；PEO-SLNs对P. aeruginosa的MIC为0.5 mg/mL、MBC为1 mg/mL，而游离PEO分别为1和2 mg/mL；PEO-SLNs对L. monocytogenes的MIC为0.25 mg/mL、MBC为0.5 mg/mL，而游离PEO分别为0.5和1 mg/mL；对E. coli O157:H7，两者MIC和MBC均为1 mg/mL；研究结论认为PEO-SLNs对P. aeruginosa和L. monocytogenes的MIC和MBC低于游离PEO，而对E. coli O157:H7相同；PEO抗菌活性可能与其挥发性成分的联合作用有关，包封可能通过减少挥发和氧化损失、实现持续释放并改善疏水成分与微生物细胞膜接触而增强抗菌性能。3.2.5 体外释放研究：通过透析袋法在PBS（pH 7.4）37°C下进行144 h释放动力学分析；PEO-SLNs呈双相释放曲线，前6 h内发生PEO突释，此后至144 h逐渐释放38.8%的PEO；研究结论认为初始突释源于PEO扩散至颗粒表面，后续持续释放与PEO从脂质基质释放有关，结果证实PEO被有效包封于SLNs中。3.3 鳟鱼片的微生物分析：通过在第0天涂膜后及贮藏期间对总活菌数（total viable count, TVC）、总嗜冷菌数（total psychrotrophic count, TPC）、Pseudomonas spp.、Shewanella putrefaciens、Enterobacteriaceae、酵母和霉菌计数（log CFU/g）进行测定；初始TVC平均为3.33 ± 0.05 log CFU/g，所有组细菌数在贮藏后增加，对照和Gel组细菌生长率显著高于其他组（p < 0.05），贮藏结束时对照和Gel组TVC分别增至7.76和7.46 log CFU/g；12天后Gel+PEO和Gel+PEO-SLNs样品处于上限，较对照分别降低约1和1.2 log CFU/g（p < 0.05），Gel+PEO-SLNs的TVC降低最大（1.20 log CFU/g）。TPC初始为3.11 log CFU/g，贮藏后对照最高为7.23 log CFU/g，Gel+PEO-SLNs显著降低TPC约1 log CFU/g（1.04 log CFU/g）。Pseudomonas spp.计数在所有样品中随12天贮藏增加，结束时对照和Gel组最高（6.86和6.76 log CFU/g），Gel+PEO-SLNs较对照降低0.74 log CFU/g。Sh. putrefaciens初始在对照中为2.4 ± 0.1 log CFU/g，贮藏期间所有组显著增加，对照和Gel组结束时最高（5.53和5.03 log CFU/g），Gel+PEO和Gel+PEO-SLNs较对照分别降低0.56和0.73 log CFU/g，但Gel+PEO与Gel+PEO-SLNs间差异0.17不显著。Enterobacteriaceae初始为3.13 ± 0.05 log CFU/g，对照结束时为6.80 log CFU/g，Gel、Gel+PEO和Gel+PEO-SLNs结束时分别为6.06、5.73和5.56 log CFU/g，较对照降低0.43–0.93 log CFU/g，但Gel+PEO与Gel+PEO-SLNs间差异0.13不显著。酵母和霉菌初始约2 log CFU/g，对照和Gel组结束时最高（5.56和5.36 log CFU/g），Gel+PEO-SLNs较对照降低0.91 log CFU/g。总体而言，PEO-SLNs产生最大总体微生物降低，与游离PEO相比对六个评价微生物指标中的四个具有统计学显著优势，对Sh. putrefaciens和Enterobacteriaceae不显著。
讨论总结：PEO-SLNs总体微生物降低最大，而相对于游离PEO的优势在六个微生物指标中的四个有统计学显著性，对Sh. putrefaciens和Enterobacteriaceae不显著。PEO的抗菌特性可能与其挥发性成分的联合作用有关；本研究中iso-menthol和carvone为主要鉴定成分，其次为menthone和limonene，这些物质可能与微生物细胞膜相互作用，影响膜完整性和通透性，从而贡献所观察到的抗菌活性。纳米级包封配方可通过降低传质屏障并改善疏水抗菌成分与微生物细胞的相互作用而增强抗菌效力；纳米结构脂质载体可促进与细菌细胞相互作用、破坏生物膜、释放胞内物质并降低胞间ATP水平。包封的保护作用可降低蒸发速率并允许精油成分在实验期间控释，因此PEO掺入SLNs后较纯PEO增强了对测试微生物的抗菌功效。研究结论翻译：在本研究中，PEO-SLNs被有效合成，并具有合适的關鍵特征，包括粒径、PDI、ZP和EE。包封PEO的改善稳定性可能因PEO-SLNs的高热稳定性而增强。与游离PEO相比，PEO包封于SLNs显著提高了其对六个评价微生物指标中四个的抗菌效力，而对Shewanella putrefaciens和Enterobacteriaceae未观察到统计学显著差异（p > 0.05）。结果表明，PEO-SLNs掺入明胶涂膜可改善鳟鱼片在冷藏期间的微生物品质。仍需进一步研究结合理化和感官指标，以确定货架期延长的幅度。
