浓缩骆驼油/蜂胶油凝胶负载柠檬精油增强乳清蛋白浓缩物-果胶活性膜的阻隔与抗菌性能

《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》：Fabrication of whey protein concentrate–pectin active films reinforced with lemon essential oil-loaded camelina oil/propolis oleogel to enhance barrier and antimicrobial properties

　　

研究人员基于乳清蛋白浓缩物（WPC）与果胶通过溶液浇铸法制备了可生物降解活性包装膜，在其中掺入以柠檬精油（LEO）负载的骆驼油/蜂胶油凝胶，添加量为0–1.5%（w/w）。该油凝胶通过将蜂胶结构化骆驼油、负载LEO后分散于WPC–果胶基质中制备。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）与扫描电子显微镜（SEM）证实油凝胶通过氢键与疏水相互作用成功整合，无定形特征增强，并产生双重增塑–增强效应。膜厚度由0.166±0.011 mm降至0.116±0.005 mm，而拉伸强度在1.5%油凝胶时较对照组（14.40±0.45 MPa）提升逾三倍至47.72±0.76 MPa。水蒸气透过率降低约33%（由4.05±0.15×10-5降至2.73±0.15×10-5 g·m-1·s-1·Pa-1），水接触角由45.73±1.35°升至80.80±7.93°。抗菌活性呈浓度依赖性，1.5%加载量下对金黄色葡萄球菌（S. aureus）与单核细胞增生李斯特菌（L. monocytogenes）抑制圈分别达12.76±0.40 mm与10.83±0.35 mm。1.5%油凝胶膜在机械、阻隔及抗菌性能上均最优，可作为可持续活性包装材料。

研究背景方面，石油基包装材料因环境与健康风险受限，可降解天然材料成为焦点。蛋白质与多糖（如WPC与果胶）可成膜且堆肥降解，但单一组分膜常面临机械强度低、亲水性强、阻隔不足等缺陷。WPC膜柔韧透明但残存亲水性导致水蒸气透过率（WVP）偏高；果胶膜脆且高度亲水。将植物油简单乳化入膜易致相分离、液滴聚并并削弱力学性。将油预先结构化为油凝胶（oleogel）可 immobilise 大量油分、提升胶体稳定性并在界面粘附充足时参与载荷传递，形成双重增塑–增强效应。骆驼油富含α-亚麻酸且感官温和，蜂胶含蜡、树脂与酚类具两亲性，可作油凝胶剂与界面稳定剂；柠檬精油（LEO）含柠檬烯、香叶醛等具抗菌抗氧化性。目前WPC–果胶体系结合LEO负载骆驼油/蜂胶油凝胶的系统研究有限，故研究人员开展此项工作。

主要关键技术方法：以溶液浇铸法制膜，先将蜂胶（占骆驼油10% w/w）与骆驼油80℃搅拌得油凝胶，再混入1% LEO（占终溶液重），以0、0.5%、1%、1.5%水平加入WPC–果胶（各25 g/250 mL水）加甘油增塑的成膜液，均质、超声脱气、35℃干燥48 h，25℃/53% RH平衡。表征手段含FTIR（KBr压片）、XRD（2θ=10–60°）、SEM（液氮脆断金溅射）、DSC（25–250℃氮气氛）、厚度与拉伸测试（万能试验机）、WVP（CaSO₄干燥剂/饱和K₂SO₄法）、水接触角（静滴法）、抗菌（琼脂纸片扩散法，菌量0.5麦氏浊度，靶标含E. coli、L. monocytogenes、P. aeruginosa、S. enterica、S. aureus）。统计用SPSS单因素ANOVA与Duncan检验（p<0.05）。

研究结果如下。3.1 FTIR：3440 cm^-1附近O–H/N–H宽峰随油凝胶增加略移宽，2924/2855 cm^-1处亚甲基C–H峰持续存在，酯羰基1742→1745.7 cm^-1渐进蓝移，酰胺I带1633–1645 cm^-1微变，指纹区1160/1115/1020/918 cm^-1差异增大；无新共价峰，证实质子键重排与疏水作用主导的物理整合。3.2 XRD：对照组18–22°宽晕，1.5%油凝胶整体强度下降、晕更宽、25–40°区减弱，无新晶峰，表明分散脂质域降低短程有序、油凝胶保持无定形。3.3 SEM：对照表面细密微裂、截面层状连续；1.5%组表面更平滑、裂密度骤降、现圆形微凹（嵌入脂质域），截面异质化、孤立不连通微孔，连续相因疏水作用更密实，印证双重增塑–增强。3.4 DSC：25–100℃内吸热为残水蒸发，120–200℃宽重叠吸热属蛋白变性/短程有序破坏，200–250℃高热端吸热为基质降解起始；无脂质结晶熔融峰，与XRD一致。3.5 厚度与力学：厚度0.166→0.116 mm（≥1%显著减薄），拉伸强度14.40→47.72 MPa（1.5%提升>3倍），断裂伸长率（EAB）先降后部分恢复（0.5% 6.56%、1.5% 9.38%）；说明高载量下界面粘接与连续相致密化主导增强而非单纯增塑。3.6 WVP：4.05→2.73×10^-5 g·m^-1·s^-1·Pa^-1（1.5%降约33%），因疏水域增迂曲度、连续相致密及表面富集脂肪酸。3.7 水接触角：45.73°→80.80°，0.5%无显著变，1%后显著升，归因子骆驼油长链脂肪酸与LEO萜类表面富集降表面能。3.8 抗菌：0–0.5%无抑制圈；1%起显效，1.5%对S. aureus 12.76 mm、L. monocytogenes 10.83 mm，革兰氏阳性优于阴性，P. aeruginosa最耐药（3.23 mm）；油凝胶缓释LEO使抑菌持久而非爆释。

讨论部分指出，油凝胶以物理分散而非共价反应进入基质，双重增塑–增强机制解释厚度降而强度升的反常趋势；WVP与WCA改善源于疏水域与连续相致密化协同；抗菌呈浓度阈值（≥1%）与革兰氏差异，结构化载体缓释优于游离精油。经济端WPC与果胶属加工副产，蜂胶/LEO低添量可控成本，双功能或减层降添。

结论部分翻译：本研究结果证实了初始假设，即将LEO活化的骆驼油/蜂胶油凝胶掺入WPC–果胶膜可增强其结构、机械、阻隔与抗菌表现。FTIR与XRD确认通过氢键与疏水作用实现分子整合并伴有无定形度增加；SEM显示表面更平滑、截面更异质多孔；DSC表明增塑与网络增强平衡良好。油凝胶载量增至1.5%显著提升拉伸强度、降低厚度与WVP、提高表面疏水性，同时保留柔性与生物活性负载。1–1.5%配方在增强基质、抗湿与抗菌间取得有效折衷，使复合膜有望用于延长湿敏食品货架期的可持续活性包装。后续应开展实食包装试验、精油组分释放动力学与真实条件长期储藏稳定性研究。该文发表于《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》。