《Gels》：Citrus Essential Oil Micro- and Coarse Emulsions in PVA/Sodium Alginate Active Films: Evaluation of a Selected Film for Chilled Pork Preservation
疏水性精油难以均匀地掺入亲水性聚合物基质中。本研究在聚乙烯醇/海藻酸钠（PVA/SA）复合膜中，比较了柑橘精油（CEO）微乳基配方系列（CEO-M）与粗乳液系列（CEO-C），其CEO标称浓度为20–100 mg mL?1。由于两种乳液系列在乳化相组成和制备程序上存在差异，其效应在配方水平上进行解读。研究评价了力学、光学、阻隔、微观结构和自由基清除性能，并基于整体性能特征筛选出PVA-SA-60M进行进一步评价。经蒸馏水标准化100倍稀释后，在CEO标称浓度为60 mg mL?1时，CEO-60M表现出比CEO-60C更小的流体动力学直径、更低的分散度指数和更负的ζ电位。靶向GC-FID分析得出，PVA-SA-60M和PVA-SA-60C中柠檬烯的估计保留率分别为57.0 ± 4.6%和41.0 ± 3.4%。在基于释放的膜片分析中，两种含CEO的膜对扩展青霉（Penicillium expansum）和灰葡萄孢（Botrytis cinerea）均产生生长抑制圈。在4 °C贮藏8天期间，用PVA-SA-60M包裹的猪肉显示出比未包裹对照和纯PVA-SA膜对照更低的硫代巴比妥酸反应物（TBARS）值，并在贮藏后期显示出比未包裹对照更低的菌落总数（TVC）和总挥发性盐基氮（TVB-N）值。颜色测量未显示出优于纯PVA-SA膜的额外终点优势。这些结果支持将PVA-SA-60M作为冷藏猪肉活性膜配方进行进一步评价。
冷藏猪肉在冷藏贮藏过程中，因微生物生长、色素与脂质氧化以及腐败代谢产物积累而发生渐进性品质劣变。活性可降解膜提供了一种将物理保护与可能延缓上述变化的功能相结合的手段。近期关于多糖基包装的研究进一步表明，掺入功能性试剂可改善氧化稳定性或抗菌性能，同时改变透明度、水分传输及其他材料性能。海藻酸钠（SA）因其可再生性和成膜能力而成为食品接触膜的有吸引力材料，但其亲水性限制了其耐湿性。聚乙烯醇（PVA）提供互补的成膜性和力学性能，将PVA与SA等多糖共混可改变膜的完整性和阻隔行为。这些特性使PVA/SA成为评价活性配方的有用基质，其功能性必须与材料性能相平衡。柑橘精油（CEO）含有据报道具有抗氧化和抗菌活性的挥发性成分，但其直接掺入水性聚合物体系受到低水亲和性、挥发性和相分离的限制。基于乳液的递送可促进精油在亲水性成膜介质中的分散；然而，所得液滴特征取决于配方组成和制备条件。在研究人员前期工作中，采用Tween 80和乙醇通过自发乳化制备了CEO微乳配方。在本比较中，CEO-M与CEO-C不仅在分散态特征上不同，而且在乳化相组成和制备程序上也不同。因此，其效应必须作为配方依赖性而非仅液滴大小的结果来解读。此外，CEO标称负载量不一定代表成膜和干燥后保留的挥发性物质量。精油的递送形式和负载水平可影响生物聚合物膜的力学、光学、阻隔、微观结构和功能行为。然而，对含CEO-M和CEO-C的PVA/SA膜在相同浓度范围内的系统比较仍然有限。确定合适的负载量还需考虑竞争性效应。较高的CEO浓度可能增强自由基清除或抗菌活性，但同时可能增加不透明度、改变渗透性或破坏膜结构。食品贮藏期间菌落总数的变化提供微生物质量的总体指示，而基于膜的分析提供包装材料功能特性的补充信息。据此，研究比较了全浓度系列，并对选定配方进一步评价挥发性标志物保留和释放介导的抗真菌活性。研究人员假设CEO配方和标称浓度将共同影响乳液特征及所得PVA/SA膜性能，并且合适的后续保鲜评价候选物将通过平衡材料性能和功能活性而非最大化CEO负载来确定。据此，首先对含20–100 mg mL
?1 CEO的CEO-M和CEO-C配方进行流体动力学直径、分散度指数、ζ电位、pH和短期物理稳定性表征。掺入PVA/SA基质后，评价膜的力学、光学、水蒸气阻隔、微观结构和自由基清除性能。对选定配方，定量柠檬烯保留率，并使用膜片分析测定释放介导的对扩展青霉和灰葡萄孢的抑制作用。经比较筛选后，选择PVA-SA-60M进行进一步表征和评价，作为冷藏条件下冷藏猪肉的直接接触包装膜。
研究结果表明，经蒸馏水标准化100倍稀释后，新制备的CEO-M和CEO-C样品在流体动力学直径、分散度指数（PDI）和ζ电位上表现出配方依赖性差异。在CEO标称浓度60 mg mL
?1时，CEO-60M的流体动力学直径显著小于CEO-60C（108.28 ± 1.66 vs. 254.46 ± 2.26 nm），同时具有更低的PDI（0.130 ± 0.003 vs. 0.153 ± 0.005）和更负的ζ电位（?18.87 ± 1.39 vs. ?8.31 ± 1.74 mV）。对于未稀释配方，初始pH范围为5.88至6.25，24 h后保持在5.98–6.22，最大绝对变化为0.17个pH单位。在24 h观察期内，任何配方均未见可见相分离、乳析或沉降。这些结果提示在与膜制备相关的加工时间范围内具有短期宏观稳定性；未评价长期贮藏稳定性。
在膜物理与结构性能方面，对于含CEO系列，膜厚度随乳液配方（p = 0.0007）和CEO标称浓度（p = 0.0039）显著变化，但未检测到两因素间的显著交互作用（p = 0.3194）。CEO标称浓度显著影响L*（p < 0.0001）、a*（p = 0.0002）、b*（p = 0.0031）和ΔE（p < 0.0001）。相比之下，配方主效应及其与浓度的交互作用对这些颜色参数均不显著。在所有配方中，厚度范围为0.040至0.051 mm，ΔE保持较低（≤0.34）。PVA-SA-60M与纯PVA-SA参考膜的平均厚度相同（0.040 mm）；由于纯膜未纳入析因模型，该比较以描述性方式而非推断性检验报告。力学性能方面，纯PVA-SA膜作为参考，TS为11.90 MPa，EAB为131.33%。对含CEO膜的分析显示，TS受乳液配方（p < 0.0001）、CEO标称浓度（p < 0.0001）及其交互作用（p = 0.0009）影响。含CEO-M膜在20和40 mg mL
?1时TS高于相应CEO-C膜（校正p < 0.0001和p = 0.0003），而在60–100 mg mL
?1时未观察到显著配方差异。在60 mg mL
?1时，PVA-SA-60M和PVA-SA-60C的TS值分别为5.81和3.41 MPa，但差异不显著（p = 0.1253）。缺乏一致的浓度依赖性趋势提示拉伸响应反映了配方与负载水平之间的相互作用而非仅CEO浓度。EAB在两种乳液配方间总体差异显著（p = 0.0002），而CEO标称浓度（p = 0.1304）和配方×浓度交互作用（p = 0.3671）不显著。在60 mg mL
?1时，PVA-SA-60M的EAB为173.00%，显著高于PVA-SA-60C（p = 0.0078）。因此，PVA-SA-60M表现出更大的延展性，而其TS在数值上高于PVA-SA-60C但不显著。光学与紫外阻隔性能方面，双因素方差分析显示乳液配方、CEO标称浓度及其交互作用对膜不透明度均有显著影响（均p < 0.0001）。在60 mg mL
?1时，PVA-SA-60M的不透明度低于PVA-SA-60C（2.33 vs. 2.62 mm
?1；p < 0.0001），而其值接近纯PVA-SA膜（2.32 mm
?1）。增加CEO负载通常降低紫外透射率，与较高掺入水平下更大的紫外光衰减一致。尽管CEO-60M在标准化100倍稀释后表现出比CEO-60C更小的流体动力学直径，但相应干燥膜在透射光谱上的差异相对有限。这些观察提示仅稀释后测量的流体动力学直径不足以解释干燥膜的光学性能。CEO的光吸收、成膜过程中含CEO域的分布以及聚合物基质内的结构不均匀性也可能影响光传输和散射。傅里叶变换红外光谱（FTIR）方面，所有配方均保留了PVA/SA基质的主要吸收特征，包括3000–3500 cm
?1的宽O–H伸缩区、1603和1406 cm
?1附近的羧酸盐谱带以及1023 cm
?1附近的C–O–C相关谱带。CEO掺入未在测量光谱范围内产生额外特征谱带。谱带轮廓和相对强度的适度差异仅作为定性光谱变化处理。据此，FTIR光谱进行定性解读，未用于推断氢键强度变化或特定聚合物网络重组。水蒸气渗透性（WVP）方面，析因分析确定配方（p = 0.0003）、CEO标称浓度（p < 0.0001）及其交互作用（p = 0.0039）均有显著贡献。在20和60 mg mL
?1时，PVA-SA-C膜的WVP显著高于相应PVA-SA-M膜（校正p = 0.0088和p = 0.0004），而在40、80和100 mg mL
?1时未检测到显著配方差异。在60 mg mL
?1时，PVA-SA-60M和PVA-SA-60C的WVP值分别为1.19 × 10
?13和1.35 × 10
?13 g m
?1 s
?1 Pa
?1。PVA-SA-60M的WVP在量级上也接近纯PVA-SA膜（1.20 × 10
?13 g m
?1 s
?1 Pa
?1）。配方与浓度间的交互作用表明CEO-M和CEO-C系统间WVP差异随CEO负载而变化。该行为应在CEO-M与CEO-C的组成和加工差异背景下考虑，而非直接与标准化稀释后测量的流体动力学直径相联系。含精油生物聚合物膜中的水传输还可能取决于聚合物–水相互作用、配方的亲水/疏水平衡以及干燥基质的结构连续性。WVP趋势与扫描电子显微镜（SEM）观察到的整体膜形态差异在定性上一致。然而，显微照片本身不能分辨单个油滴，也不能提供足够证据识别所观察渗透行为的机制。膜微观结构方面，纯PVA-SA膜表现出相对光滑的表面和致密的横截面。掺入CEO配方产生了配方和浓度依赖性的膜形态变化。在较低至中等CEO标称浓度下，横截面结构通常保持相对连续。然而在较高CEO负载下，若干配方中表面粗糙度、裂纹状特征、孔洞和内部空隙变得更加明显，尤其是在用粗乳液制备的膜中。在中等浓度范围内，PVA-SA-60M相对于PVA-SA-60C保持了相对连续的横截面形态。综合来看，显微照片揭示了不同CEO配方类型和负载水平下结构不均匀性的变化。
自由基清除活性方面，纯PVA-SA参考膜的DPPH和ABTS自由基清除活性分别为23.30 ± 4.82%和15.89 ± 0.56%。对于含CEO膜系列，通过析因分析评价乳液配方和CEO标称浓度的效应。对于DPPH分析，CEO标称浓度和乳液配方均为显著因素（均p < 0.0001），两者间无显著交互作用（p = 0.0873）。在20、40和80 mg mL
?1时，CEO-M的DPPH清除活性高于相应CEO-C膜（校正p = 0.0002、0.0011和0.0082）。在60和100 mg mL
?1时配方差异不显著。对于ABTS分析，检测到CEO标称浓度（p < 0.0001）、乳液配方（p = 0.0242）及其交互作用（p = 0.0001）的显著效应。仅在100 mg mL
?1时观察到两种配方间的显著差异（p < 0.0001）；20–80 mg mL
?1时差异不显著。由于两种分析均使用等面积膜样品的含水提取物，结果代表相应分析条件下可提取组分的自由基清除能力。DPPH和ABTS未产生相同的响应特征，这可能与其不同的反应机制和介质以及CEO衍生组分从膜中可提取性的差异有关。纯PVA-SA参考膜在分析条件下也表现出可测量的自由基清除活性。据此，含CEO膜测得的活性反映其可提取组分的总体响应，包括PVA-SA基质的潜在贡献，不应仅归因于CEO。
多标准比较与候选筛选方面，采用加权多标准比较对五种CEO-M配方进行排序以供进一步研究。分析考虑力学性能、水蒸气渗透性、自由基清除活性和不透明度。PVA-SA-60M获得最高综合评分（82.9/100），紧随其后的是PVA-SA-20M（82.2/100）。评分接近反映了不同的性能特征：PVA-SA-20M偏向力学性能，而PVA-SA-60M结合了CEO-M系列中最低的WVP和较高的自由基清除活性。在指定筛选优先级下，选择PVA-SA-60M作为后续表征的候选物。柠檬烯保留率、抗真菌活性和猪肉贮藏性能随后评价，未纳入筛选标准。
PVA-SA-60M的进一步表征方面，在选定的CEO浓度60 mg mL
?1下进行进一步实验。PVA-SA-60C作为柠檬烯保留率和膜片抗真菌分析的配方系统比较物。柠檬烯在干燥膜中的保留率方面，柠檬烯通过GC-FID定量作为柑橘精油（CEO）的代表性挥发性标志物。起始CEO含77.72 ± 6.25%（w/w）柠檬烯，基于同一CEO批次独立制备的三份分析溶液。每张PVA-SA-60M或PVA-SA-60C膜接受1.0 mL 60 mg mL
?1 CEO乳液，相当于60.0 mg CEO和每张膜46.63 mg的标称柠檬烯输入量（使用起始CEO的平均柠檬烯分数计算）。干燥的PVA-SA-60M膜比PVA-SA-60C膜含有更多柠檬烯，含量分别为61.04 ± 0.38和37.57 ± 0.66 mg g
?1干膜。将测得的柠檬烯含量乘以每张完整膜测得的干质量，得到估计的柠檬烯量分别为每张膜26.59 ± 0.23和19.14 ± 0.30 mg。相应估计保留率为PVA-SA-60M的57.0 ± 4.6%和PVA-SA-60C的41.0 ± 3.4%。每个估计保留率的不确定性反映每张完整膜柠檬烯量的膜间SD和起始油柠檬烯分数测量的SD。后者因使用同一CEO批次和输入估计而对两种配方贡献共同不确定性。这些传播值不包括未测量的提取回收率不确定性。据此，保留率值应被解读为基于膜实测柠檬烯含量的标志物特异性估计，而非回收率校正值或总CEO保留率的测量。PVA-SA-60M中估计柠檬烯保留率高于PVA-SA-60C可能反映多种配方因素，包括乳化相组成、制备程序和分散态特征。膜的抗真菌活性方面，使用膜片琼脂扩散分析评估对扩展青霉和灰葡萄孢的释放介导生长抑制。纯PVA-SA膜在6 mm圆片边缘之外未见可见抑制，而无CEO的载体对照在某些膜–真菌组合中产生小的可测量圈。两种含CEO膜均产生比纯膜和相应载体对照更大的抑制圈。PVA-SA-60M在每个真菌分析中均显示出比PVA-SA-60C更大的圈（对扩展青霉：17.03 ± 0.35 vs. 13.59 ± 0.40 mm；对灰葡萄孢：23.30 ± 0.17 vs. 17.83 ± 0.29 mm）。膜片扩散已用于评价活性可食膜的释放介导抗真菌响应。在本分析条件下，两种含CEO膜对两种测试真菌均产生释放介导的生长抑制；这些结果不旨在代表猪肉贮藏期间TVC测量的整体微生物变化。
PVA-SA-60M膜在冷藏猪肉中的保鲜性能方面，对于L*，检测到处理和贮藏时间的显著主效应（均p < 0.0001），无显著交互效应（p = 0.8560）。对于a*，处理（p = 0.0008）、贮藏时间（p < 0.0001）及其交互作用（p = 0.0006）显著；b*也观察到相应效应（分别为p < 0.0001、p < 0.0001和p = 0.0351）。由于第0天已存在一些组间差异，未使用相对于基线的百分比变化推断处理特异性保鲜效应。在第8天，PVA-SA和PVA-SA-60M的a*值均高于未包裹对照（p = 0.0067和p = 0.0332），b*值均较低（均p < 0.0001）。然而，PVA-SA和PVA-SA-60M在a*（p = 0.8942）或b*（p = 0.1351）上均无显著差异。因此，终点颜色数据支持膜包裹的效应，但未证明PVA-SA-60M相对于纯PVA-SA膜的额外颜色保鲜优势。pH和TVB-N方面，所有处理中pH逐渐升高。pH响应随处理、贮藏时间及其交互作用而变化（均p < 0.0001）。在第8天，对照、PVA-SA和PVA-SA-60M组的pH值分别为7.03、6.87和6.80。两个膜包装组均显示出比对照更低的pH（校正p = 0.0058和p = 0.0001），而PVA-SA和PVA-SA-60M无显著差异（p = 0.4155）。TVB-N呈现相似上升趋势，处理和贮藏时间效应显著（均p < 0.0001），交互作用显著（p = 0.0499）。在第8天，TVB-N值分别为21.09、18.11和15.31 mg 100 g
?1；PVA-SA-60M低于对照（p = 0.0002）但与PVA-SA无显著差异（p = 0.0877）。菌落总数方面，各处理中微生物计数随贮藏时间增加。TVC分析确定了处理（p = 0.0006）、贮藏时间（p < 0.0001）及其交互作用（p = 0.0233）的贡献。在第6天，对照、PVA-SA和PVA-SA-60M组的TVC值分别为7.37、7.21和5.63 log CFU g
?1；PVA-SA-60M低于其他两组（p = 0.0003和p = 0.0009）。在第8天，PVA-SA-60M仍低于对照（p = 0.0039）但与PVA-SA无显著差异（p = 0.0707）。因此，PVA-SA-60M与贮藏后期较低的可培养计数相关。然而，TVC不识别所涉及的微生物种群，也不区分物理包裹和释放活性成分的贡献。单独的膜片分析在其特定分析条件下证明了对两种测试真菌的释放介导抑制，但未确立猪肉TVC差异的微生物基础。脂质氧化方面，各组的TBARS在贮藏期间均进展。TBARS随处理和贮藏时间显著变化（均p < 0.0001），而交互项不显著（p = 0.1332）。在整个贮藏过程中，PVA-SA-60M通常显示出比其他组更低的TBARS值。在第8天，对照、PVA-SA和PVA-SA-60M组分别为1.40、1.43和1.08 mg MDA kg
?1；PVA-SA-60M低于对照（p = 0.0216）和PVA-SA（p = 0.0112）。PVA-SA-60M组较低的TBARS值与含CEO配方的抗氧化贡献相容。然而，在没有氧气渗透性测量的情况下，抗氧化和物理阻隔贡献无法区分。感官品质方面，第0天三组的平均感官评分最初均较高。冷藏贮藏8天后，所有组的平均评分下降。PVA-SA-60M在贮藏结束时在颜色、视觉外观、可接受性和整体品质方面保持数值上高于对照的评分，而其气味评分与PVA-SA相似。在没有推断性统计检验的情况下，这些评分以描述性方式报告，应被视为对仪器测量的补充而非确证性证据。
研究局限性方面，若干因素制约了这些结果的解读。由于CEO-M和CEO-C在乳化相组成和制备程序上不同，系列间差异应在配方水平上解读，而非仅归因于稀释后测量的流体动力学直径。柠檬烯仅用作代表性挥发性标志物，未进行流变学和氧气渗透性测量。此外，SEM主要提供形态学信息，而基于提取物的DPPH/ABTS分析测量了指定提取条件下的自由基清除活性，限制了对保留、传输和抗氧化性能的直接机制解读。冷藏猪肉实验是使用来自单一动物和生产批次的猪肉的概念验证研究，未包括PVA-SA-60C或常规包装比较物；顶空体积、容器气体渗透性和贮藏相对湿度未独立定量。CEO成分、Tween 80和残留乙醇向猪肉的迁移及整体食品接触安全性未评估，感官评价涉及12名参与者并以描述性方式分析。需要使用独立肉批次、受控包装条件、常规比较物以及迁移和安全性评估的进一步研究来评价实际应用。
讨论部分总结：本研究在配方水平上比较了CEO-M与CEO-C两种乳液系统对PVA/SA复合膜性能的影响，强调了乳液配方组成和制备程序对膜性能的综合作用，而非仅液滴尺寸的效应。研究通过加权多标准框架筛选出PVA-SA-60M作为平衡候选物，并证实其在柠檬烯保留率、抗真菌活性和冷藏猪肉保鲜方面的优势，但同时指出终点颜色方面未优于纯PVA-SA膜，且存在单批次猪肉、缺乏迁移与安全性评价等局限。研究结论翻译如下：柑橘精油配方和标称负载量与PVA/SA复合膜的 distinct 材料和功能性能相关。在指定的多标准加权方案下，PVA-SA-60M排名最高，被选为用于进一步表征的平衡候选物。在CEO标称浓度60 mg mL
?1时，CEO-60M在标准化100倍稀释条件下表现出比CEO-60C更小的流体动力学直径、更低的PDI和更负的ζ电位。靶向GC-FID分析表明PVA-SA-60M中估计柠檬烯保留率高于PVA-SA-60C。两种含CEO膜对两种测试真菌均产生释放介导的抑制。在冷藏猪肉中，PVA-SA-60M显示出比两种对照处理更低的TBARS，并在贮藏后期显示出比未包裹对照更低的TVC和TVB-N，而终点颜色未显示出优于纯PVA-SA膜的额外优势。这些发现支持在更广泛的包装和食品接触条件下进一步评价PVA-SA-60M。
