基于鸡精-明胶（Chitosan-Gelatin）复合涂膜负载Satureja bachtiarica与Nepeta binaludensis精油纳米乳对冷藏汉堡理化、微生物及感官特性的保鲜效果研究

《Food Science & Nutrition》：Investigating the Preservative Effect of Edible Coating Based on Chitosan-Gelatin Containing Satureja bachtiarica and Nepeta binaludensis Essential Oils Nanoemulsions on the Physicochemical, Microbial and Sensory Properties of Burger During Cold Storage

　　

本研究探讨了基于壳聚糖-明胶（CG）的涂膜，负载游离态及纳米乳形式的Satureja bachtiarica（SE）和Nepeta binaludensis（NE）精油，对牛肉汉堡在12天冷藏贮藏期间品质的影响。气相色谱-质谱联用（GC–MS）分析在SE和NE中分别鉴定出37种和50种植物化学物质，其中香芹酚（carvacrol）和1,8-桉叶素（1,8-cineole）为主要化合物。所制备的纳米乳呈球形，粒径范围为65.6–122.4 nm，多分散指数（PDI）较低（0.286–0.391），Zeta电位在?26.7至?38.2 mV之间，包封率高达83.96%–85.31%。纳米包封虽使总酚含量略有降低，但增强了精油的抗菌活性。在整个贮藏期间，所有汉堡处理组的pH值、总挥发性碱性氮（TVB-N）及微生物载量均呈上升趋势，而L*和a*值则下降。与对照组相比，涂覆SE纳米乳的汉堡在第12天时TVB-N降低了52.9%（14.90对31.62 mg N/100 g），嗜温需氧菌、嗜冷菌、乳酸菌（LAB）及大肠菌群数分别降低了38.8%、42.7%、39.7%和57.1%。此外，NE纳米乳使霉菌和酵母菌数量较对照组减少了48.2%（2.54对4.90 log CFU/g）。在整个贮藏期间，精油的纳米乳形式表现出更优的抗菌效果，其中涂覆SE纳米乳的汉堡在试验末期表现出最高的抑菌活性。感官评价证实，这些活性涂膜保持了汉堡的可接受性。这些研究结果表明，富含SE和NE纳米乳的CG基涂膜是延长牛肉汉堡保质期的一种可行解决方案。

**解读文章：基于精油纳米乳的壳聚糖-明胶活性涂膜在牛肉汉堡保鲜中的应用研究**

**研究背景与问题**

肉及肉制品营养丰富，但因其高水分含量和丰富的营养成分，极易受到微生物腐败和脂质氧化的影响，导致品质劣变、经济损失并带来潜在的健康风险。传统上，合成防腐剂被用于延长肉制品货架期，但随着消费者对清洁标签（clean-label）食品需求的日益增长，以植物源性生物活性化合物（尤其是精油）替代合成防腐剂已成为重要趋势。精油具有广谱抗菌和抗氧化活性，但其挥发性强、环境稳定性差，直接应用于食品中效果有限，这极大地限制了其在食品保鲜领域的应用。

为解决上述问题，本研究选取了两种伊朗特有药用植物Satureja bachtiarica（SE）和Nepeta binaludensis（NE），将其精油以游离态和纳米乳（nanoemulsion）形式负载于由壳聚糖和明胶组成的生物聚合物复合涂膜（CG）中。研究旨在系统比较两种精油在单一涂膜基质中的性能，并首次直接对比其游离态与纳米乳形式的功效，以定量评估纳米包封带来的增益价值，从而为肉制品提供一种高效、可持续的天然保鲜策略。

**主要技术方法**

研究人员采用了多种关键技术方法开展研究。首先，通过水蒸气蒸馏法（Clevenger装置）提取SE和NE精油，并利用气相色谱-质谱联用（GC–MS）分析其植物化学成分。其次，采用超声乳化法制备精油纳米乳，并利用动态光散射（DLS）、Zeta电位分析仪、荧光显微镜和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对其粒径、多分散指数（PDI）、Zeta电位、形态及官能团进行表征。同时，采用Folin–Ciocalteu法和DPPH自由基清除法评估了精油的抗氧化活性。抗菌活性则通过琼脂纸片扩散法和微量肉汤稀释法测定抑菌圈直径、最低抑菌浓度（MIC）及最低杀菌浓度（MBC）。在应用层面，将游离或纳米乳形式的精油以1%（v/v）的浓度掺入CG涂膜液，通过浸渍法对牛肉汉堡进行涂膜处理，并在4°C±1°C下贮藏12天，期间每隔4天对汉堡的pH、总挥发性碱性氮（TVB-N）、色泽、微生物指标及感官品质进行定期测定。汉堡样品制备所用牛肉来自当地市场，原料肉包括61.5%牛肉。所有处理均设置3个独立重复批次。

**研究结果与分析**

**1. 精油的植物化学组成**

GC–MS分析结果显示，SE和NE中分别鉴定出37种和50种植物化学物质。SE中主要成分为香芹酚、百里香酚、对伞花烃和γ-松油烯；NE中则以1,8-桉叶素、荆芥内酯、大根香叶烯D、香芹酮、α-松油醇和氧化胡椒烯酮为主。这些特征性活性成分的差异为其后续抗氧化和抗菌性能的差异提供了物质基础。

**2. 纳米乳的表征**

所制备的SEN和NEN纳米乳均为球形，表面光滑，平均粒径分别为122.4 nm和65.6 nm，PDI分别为0.286和0.391，Zeta电位分别为-26.7 mV和-38.2 mV。在14天室温贮藏期间，两种纳米乳的粒径和PDI仅有轻微增加，Zeta电位维持在阈值以上，未出现两相分离，表明其具有良好的物理稳定性。FTIR光谱分析显示，精油被物理包封于纳米乳结构中，未发生化学键合。纳米包封虽使精油的总酚含量（TPC）略有下降，但DPPH自由基清除活性未受影响甚至略有提升，表明纳米化增强了生物活性成分的可及性。

**3. 体外抗菌活性**

抗菌实验结果表明，两种精油对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特氏菌）的抑制作用强于革兰氏阴性菌（大肠杆菌）。SE的抗菌活性高于NE，这与二者活性成分的种类和含量有关。更重要的是，纳米乳形式的精油表现出比游离态更强的抗菌活性，这归因于纳米液滴尺寸小、比表面积大，增强了其穿透细菌细胞壁和膜的能力。

**4. 汉堡涂膜保鲜效果**

**pH值与TVB-N：** 在12天冷藏期内，所有汉堡样品的pH和TVB-N值均随时间延长而上升。但涂覆活性涂膜的汉堡，其上升幅度显著低于对照组。第12天时，对照组TVB-N最高（31.62 mg N/100 g），而涂覆SEN的汉堡TVB-N值最低（14.90 mg N/100 g），降低了52.9%。这表明活性涂膜能有效抑制微生物生长和蛋白质降解。

**色泽：** 贮藏期间，对照组汉堡的L*（亮度）和a*（红度）值显着下降，b*（黄度）值上升，ΔE（总色差）迅速增大。相比之下，涂覆活性涂膜，特别是含SEN涂膜的汉堡色泽变化缓慢，红度保留效果最好。这归因于涂膜的氧气阻隔性和精油的抗氧化活性减缓了肌红蛋白氧化和脂质氧化引起的变色。

**微生物指标：** 贮藏期间各处理组的嗜温需氧菌（VMBC）、嗜冷菌（PBC）、乳酸菌、大肠菌群、霉菌和酵母菌数量均持续增加。第12天时，对照组所有微生物计数最高。涂覆SE纳米乳的汉堡显示出最强的总体抗菌效果，使VMBC、PBC、LAB和大肠菌群数分别较对照组降低了38.8%、42.7%、39.7%和57.1%。同时，NE纳米乳对霉菌和酵母菌的抑制效果最佳，降低了48.2%。纳米包封的精油能够持久、缓慢地释放活性成分，从而在整个贮藏期维持更有效的抗菌性能。

**感官评价：** 感官评分结果与理化及微生物指标变化趋势一致。对照组和各处理组的感官评分随贮藏时间延长而下降，但涂覆活性涂膜的汉堡总体可接受性下降速度显著慢于对照组。第12天时，对照组总体可接受性已低于消费者可接受阈值（4.0），而涂覆SE和NE（尤其纳米乳形式）涂膜的汉堡得分仍高于4.0，保持了良好的感官品质。

**结论**

本研究证实，Satureja bachtiarica和Nepeta binaludensis精油均富含生物活性化合物，其中SE在总酚含量、抗氧化及抗菌活性方面优于NE。纳米包封虽略微降低了精油的总酚含量，却显著增强了其抗菌功效，这归因于更大的比表面积。将精油（特别是纳米乳形式）掺入壳聚糖-明胶（CG）复合涂膜中，可显著提升涂膜的抗氧化和抗菌性能。与传统未涂膜对照组相比，涂膜处理使汉堡在第12天的微生物总数最高降低了2.8 log CFU/g，同时有效延缓了pH、TVB-N等理化指标的变化，保持了更好的色泽和感官品质，从而有效延缓腐败并延长冷藏货架期。值得注意的是，纳米包封对于维持精油在贮藏期间的功能性至关重要，在最终贮藏日，纳米乳形式的精油比游离态精油表现出更高的抗菌活性。其中，含Satureja精油纳米乳的CG涂膜（CG-SE-NE）在保持产品品质、微生物安全和感官特性方面表现出最佳的综合效果。这项研究表明，基于CG的涂膜结合包封精油是冷藏牛肉汉堡的一种有效保鲜策略。尽管该涂膜系统对于其他经历类似微生物和氧化变质的高水分肌肉食品可能具有潜在应用价值，但此种适用性仍需针对不同食品基质进行实验验证。未来的研究应重点优化涂膜组成（如聚合物比例、精油浓度和纳米乳特性），通过控制释放和迁移分析验证其抗菌和抗氧化机制，并在商业化加工和贮藏条件下评估涂膜在不同食品基质中的性能。此类研究将为更广泛的工业应用提供机理性和特定应用性的证据支持。