创新活性可食用涂层含红花(*Carthamus tinctorius* L.)提取物用于奶酪微生物灭活和货架期延长

《Food Safety and Risk》：Innovative active edible coating with safflower (Carthamus tinctorius L.) extract for microbial inactivation and shelf life extension of cheese

　　

富含生物活性化合物的可食用涂层代表了合成防腐剂的可持续替代品，可提供微生物安全性和延长的货架期。本研究引入了一种基于乳清蛋白分离物(WPI)并掺入红花(*Carthamus tinctorius* L.)花提取物的创新活性可食用涂层系统，首次应用于Malatya奶酪的保鲜。这项工作的新颖性在于WPI/瓜尔豆胶与红花提取物的协同组合用于一种高度易腐烂的传统土耳其奶酪模型。配方包含WPI、甘油、瓜尔豆胶和不同浓度的红花提取物(范围从0.1%到0.4%)，并通过浸渍法应用。使用DPPH自由基清除测定法测定抗氧化能力，同时通过针对关键微生物指标(包括大肠杆菌(*Escherichia coli*)和白色念珠菌(*Candida albicans*))的最低抑菌浓度(MIC)和纸片扩散法评估抗菌活性。涂层和未涂层的奶酪样品在+4°C和+20°C下储存21天，并监测微生物计数相对于5 log CFU/g的安全阈值。红花提取物显示出强抗氧化活性(92.9% DPPH清除率)和中等抗菌活性(MIC 5000 ppm)。用富含红花的配方(特别是EC4，代表最高浓度的红花提取物)涂层的奶酪样品在冷藏条件下将微生物计数显著(p < 0.05)保持在安全阈值以下，而未涂层样品在7天内超过该限值。FTIR、TGA和DSC分析揭示了氢键和涂层基质稳定性的改善，表明生物活性化合物的逐渐释放。总之，富含红花的涂层通过结合抗菌和抗氧化作用来改善微生物安全性和延长奶酪货架期，从而作为创新的活性涂层材料。该方法为减少乳制品行业的采后损失提供了有前景的方向。尽管红花提取物的抗菌功效中等，但这篇首次报道强调了其作为天然防腐剂的潜力，并建议未来进行工业应用的优化。

**论文解读：红花提取物活性可食用涂层对奶酪微生物灭活和货架期延长的创新研究**

**研究背景与问题**

食品包装在维持食品质量、确保微生物安全和减少采后损失中扮演关键角色。然而，传统石油基包装材料因生物降解性差和废弃物累积引发严重环境问题，促使食品工业转向可持续、可生物降解且消费者友好的可食用包装替代品。基于生物聚合物（如淀粉、纤维素、壳聚糖、蛋白质和脂质）的可食用薄膜和涂层因其无毒、可生物降解和环境友好特性而受到重视。这些涂层可减少水分流失、保留香气、减缓氧化劣变，并在食品表面形成保护屏障，从而改善食品质量和货架期。可食性涂层分为被动和主动两类：被动涂层仅作为物理屏障降低水分和氧气传递，不具备抗菌或抗氧化活性；主动涂层则通过向食品表面释放生物活性化合物来控制微生物腐败和氧化劣变。

Malatya奶酪是一种传统的半硬质盐水奶酪，经热乳清烫制工艺制成，具有独特质地和成熟特性。由于其高水分含量和倾向于鲜食的特点，Malatya奶酪在储存过程中极易发生微生物腐败，维持微生物学质量和延长货架期成为重要技术挑战。尽管已有研究将植物提取物和精油掺入可食用涂层用于奶酪保鲜，但基于乳清蛋白分离物(WPI)与瓜尔豆胶，并首次掺入红花(*Carthamus tinctorius* L.)花提取物的活性涂层系统在传统土耳其奶酪中的应用尚未被探索。因此，研究人员开展本研究，旨在开发一种富含红花提取物的WPI/瓜尔豆胶基活性可食用涂层，并评估其对Malatya奶酪在冷藏和室温储存条件下的抗菌、抗氧化及货架期延长效果。

**研究内容与结论**

研究人员开发了含红花提取物（浓度0.1%–0.4%）的WPI/瓜尔豆胶活性可食用涂层，通过浸渍法应用于Malatya奶酪。将涂层和未涂层奶酪样品在+4°C和+20°C下储存21天，监测微生物计数（大肠杆菌和白色念珠菌）相对于5 log CFU/g安全阈值的变化。结果表明，红花提取物具有强抗氧化活性（92.9% DPPH清除率）和中等抗菌活性（MIC 5000 ppm）。富含红花的配方，特别是最高浓度EC4，在冷藏条件下将微生物计数显著(p < 0.05)保持在安全阈值以下，而未涂层样品在7天内超标。FTIR、TGA和DSC分析揭示了氢键形成和涂层基质稳定性的改善，表明生物活性化合物可逐渐释放。该研究首次证明了红花提取物在WPI基涂层中用于传统奶酪保鲜的潜力，为减少乳制品行业采后损失提供了有前景的天然防腐剂方向。论文发表在《Food Safety and Risk》。

**主要关键技术方法**

研究人员采用以下关键技术方法：DPPH自由基清除测定法评估抗氧化能力；最低抑菌浓度(MIC)（肉汤稀释法）和纸片扩散法评估抗菌活性，针对大肠杆菌(*Escherichia coli*)、白色念珠菌(*Candida albicans*)等多种微生物；傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)和差示扫描量热法(DSC)分析涂层基质相互作用与稳定性。样本来源：红花品种“Dincer”由Malatya Turgut ?zal University种植；Malatya奶酪购自当地商家。

**研究结果**

**时间依赖性活菌计数（Time-dependent viable cell counts of coated cheese samples）**
通过活菌计数比较涂层和未涂层奶酪样品在+4°C和+20°C储存21天期间的大肠杆菌和白色念珠菌生长情况。结果表明，未涂层对照组的微生物在冷藏条件下迅速增殖，而EC3和EC4涂层组显著抑制了微生物生长。在+20°C下，对照组大肠杆菌急剧增加，EC4涂层有效抑制细菌增殖；白色念珠菌在对照组快速生长，EC4组保持低水平，第21天达最低值。未涂层样品在+4°C下第7天即超过5 log CFU/g安全阈值，而EC4涂层样品在整个21天储存期内均低于该阈值，显示出延迟微生物增殖和延长货架期的优越能力。

**可食用涂层的生物活性（Biological activities of edible coatings）**
**抗菌活性和最低抑菌浓度结果（Antimicrobial activity and minimum inhibitory concentration results）**
通过纸片扩散法和MIC测定评估红花提取物和涂层溶液对多种微生物的抗菌活性。结果显示，红花提取物和涂层对大肠杆菌等部分细菌有效，但对铜绿假单胞菌(*Pseudomonas aeruginosa*)和白色念珠菌等天然耐药微生物效果有限。MIC测定表明，红花提取物对大肠杆菌和白色念珠菌的MIC值均为5000 ppm，属于中等抗菌活性。研究认为，抗菌作用源于红花提取物中的植物化学物质（如carthamine、quercetin、chlorogenic acid等），它们破坏微生物细胞膜完整性、增加通透性、干扰离子平衡和酶活性，从而抑制微生物代谢。

**可食用涂层溶液的DPPH清除能力（% DPPH removal capacities of edible coating solutions）**
通过DPPH自由基清除测定法评估不同浓度红花提取物涂层的抗氧化活性。结果表明，对照组DPPH清除率很低，而随着红花提取物浓度增加，EC1至EC4涂层的DPPH清除率递增，EC4在所有测试浓度下表现出最高清除活性。这表明富含红花提取物的可食用涂层有效增强了抗氧化能力，其机制与红花中酚类化合物（如flavonoids和phenolic acids）的氢供体作用、自由基中和及电子转移反应有关。

**讨论与结论**

**讨论**
研究结果表明，EC4涂层在冷藏和室温条件下对大肠杆菌和白色念珠菌的抑制效果最佳，其抗菌功效归因于红花提取物中的生物活性化合物（carthamine、quercetin、luteolin derivatives、chlorogenic acid、sinapic acid、caffeic acid、α-tocopherol）。这些化合物破坏微生物细胞膜、抑制关键代谢过程并降低细胞内氧化应激，从而延迟微生物腐败并延长货架期。与橄榄叶、牛至和鼠尾草提取物来源的涂层相比，红花基涂层的抗菌活性相对较低，这可能与酚类组成和基质扩散性差异有关。涂层对铜绿假单胞菌和白色念珠菌效果有限，归因于这些微生物的细胞壁结构、生物膜形成能力和代谢防御机制。抗氧化活性结果支持红花提取物掺入涂层可增强自由基清除能力，保护奶酪免受氧化降解。基于5 log CFU/g微生物限值，对照样品第7天达到腐败水平，而EC4涂层样品保持低于阈值至第21天，对应货架期延长14天。EC3和EC4组在第7、14、21天的微生物计数显著低于对照组(p < 0.05)。然而，红花基可食用涂层存在局限性，包括中等抗菌效力和较高MIC值(5000 ppm)，表明需要更高提取物浓度才能达到抑制效果。未来优化应聚焦于提高红花提取物酚类产量、增强其在奶酪基质中的扩散性，以及探索与其他天然抗菌剂或纳米封装策略的协同组合。

**结论**
本研究证明，将红花(*Carthamus tinctorius* L.)花提取物掺入乳清蛋白分离物基可食用涂层中，有效改善了Malatya奶酪在储存期间的微生物稳定性和抗氧化保护。在配方中，EC4涂层对大肠杆菌和白色念珠菌表现出最大的抑制效果，成功将微生物计数保持在5 log CFU/g安全阈值以下长达21天，表明货架期显著延长。强DPPH自由基清除能力进一步证实了红花提取物的抗氧化潜力，表明其作为活性涂层系统中天然生物活性成分的适用性。尽管这些发现令人鼓舞，但红花提取物的抗菌效力仍属中等，且相对较高的MIC值(5000 ppm)表明需要优化。因此，未来研究应探索提高红花提取物在乳制品基质中的酚类产量和扩散性的策略，以及评估与其他天然抗菌剂或基于封装的递送系统的协同组合。总体而言，结果表明富含红花的涂层在乳制品保鲜中具有应用前景，并为开发可持续、植物基活性包装解决方案奠定了基础。