罗勒（*Ocimum basilicum* L.）和Echinophora platyloba DC.精油在壳聚糖纳米颗粒中的纳米包封：表征及其在汉堡保鲜中的功效

《Food Science & Nutrition》：Nanoencapsulation of Basil (Ocimum basilicum L.) and Echinophora platylobaDC. Essential Oils in Chitosan Nanoparticles: Characterization and Efficacy in Burger Preservation

　　

肉及其衍生产品在加工和储存过程中容易发生脂质和蛋白质氧化，对产品质量和稳定性产生负面影响。氧化过程会降低营养价值、风味、质地和保质期。本研究探讨了两种芳香草本植物[Echinophora platyloba DC.和罗勒（*Ocimum basilicum* L.）]的精油及其纳米包封形式（利用精油与壳聚糖联合合成）对汉堡在冷藏温度储存期间理化特性、抗氧化性能、微生物稳定性和保质期的影响。壳聚糖（不含精油）、含罗勒和E. platyloba精油的壳聚糖纳米胶囊的粒径分别为500、70.15和60.4 nm。包含罗勒和E. platyloba精油的壳聚糖纳米胶囊的Zeta电位和包封率分别为63.61和65.18 mV，以及88.7%和88.9%。壳聚糖纳米胶囊、含罗勒和E. platyloba精油的壳聚糖纳米胶囊的多分散指数（polydispersity index，PDI）值分别为0.711、0.291和0.283。含精油的壳聚糖纳米胶囊的PDI低于0.5，表明粒径分布均匀，因此纳米颗粒制备过程成功。含罗勒和E. platyloba精油的壳聚糖纳米胶囊可显著提高总酚含量和抗氧化性能；然而，pH值、硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）值、颜色变化、总微生物计数，特别是金黄色葡萄球菌（*Staphylococcus aureus*），以及霉菌、酵母和嗜冷菌数量显著降低。与对照相比，含罗勒和E. platyloba精油（1:1）的壳聚糖纳米胶囊在储存第4、8和12天分别使微生物数量减少76%、78%和69%。主成分分析（principal component analysis，PCA）和层次聚类分析（hierarchical cluster analysis，HCA）的结果表明，精油与壳聚糖的纳米包封可以改善抗氧化稳定性，限制微生物生长，并保持汉堡在储存期间的理化特性。总之，将E. platyloba和*O. basilicum*精油掺入纳米胶囊结构为开发新型、功能性和营养优势产品提供了一种可行方法。这种方法还可能延长保质期，这归因于精油固有的抗菌和抗氧化特性。还需要进一步研究汉堡的感官评价、次级代谢产物的分离以及纳米包封生物活性化合物制剂的毒性作用。

本研究围绕罗勒（*Ocimum basilicum* L.）和Echinophora platyloba DC.精油（essential oil，植物次生代谢产生的挥发性芳香油状物）的壳聚糖（chitosan，一种由甲壳素脱乙酰化得到的生物多糖）纳米包封技术，系统评估了其在汉堡冷藏保鲜中的应用效果。

**研究背景与目的**

肉及肉制品在加工和冷藏过程中极易发生脂质和蛋白质氧化，导致营养流失、风味劣变、色泽改变及货架期缩短。汉堡作为广受欢迎的肉制品，富含蛋白质、维生素和矿物质，但同时也是微生物繁殖的理想介质。传统化学防腐剂虽能延长保质期，但消费者对其安全性日益担忧，因此寻找天然、安全的抗氧化和抗菌替代物成为食品科学领域的研究热点。植物精油具有广谱抗菌和抗氧化活性，但其疏水性强、挥发性高、稳定性差，直接添加到食品中往往需要较高剂量且效果短暂。纳米包封（nanoncapsulation，将活性物质包封于纳米尺度载体中的技术）可提高精油的稳定性、生物利用度和缓释性能。壳聚糖因其生物相容性、可降解性和抗菌性，是理想的纳米载体材料。然而，此前尚未有研究将E. platyloba和罗勒精油以游离或纳米包封形式应用于牛肉汉堡的保鲜。该研究旨在探究这两种精油及其壳聚糖纳米胶囊对汉堡理化特性、抗氧化活性、微生物稳定性及冷藏货架期的影响。

**主要技术方法**

研究人员采用水蒸馏法提取两种精油，通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）和氢火焰离子化检测器（GC-FID）分析其化学成分。通过离子凝胶法制备壳聚糖纳米胶囊，利用Zetasizer测定粒径、PDI和Zeta电位，紫外-可见分光光度法测定包封率，扫描电子显微镜（SEM）观察形态。植物材料来源为：E. platyloba采自伊朗Chaharmahal va Bakhtiari省Zagros山脉中部高寒地区（海拔2500 m），罗勒标本保存于伊朗森林和牧场研究所标本馆；牛肉购自当地市场。将游离或纳米包封精油以不同浓度组合（T1-T6）添加到汉堡中，在4°C下储存12天，定期取样测定pH、水分、水分活度、总酚、总黄酮、DPPH自由基清除能力、硫代巴比妥酸（TBA）值、色差（L\*、a\*、b\*、ΔE）以及微生物指标，并采用PCA和HCA进行多变量分析。

**研究结果**

**3.1 精油植物化学**
通过GC-FID和GC/MS分析，罗勒精油中鉴定出22种成分（占总精油97.5%），主要成分为甲基胡椒酚（55.92%）、1,8-桉叶素（10.33%）和芳樟醇（7.91%）。E. platyloba精油中鉴定出36种成分（占91%），主要成分为cis-β-罗勒烯（22.66%）、1,8-桉叶素（11.67%）和甲基胡椒酚（10.12%）。这些萜类和苯丙素类化合物是抗氧化和抗菌活性的物质基础。

**3.2 纳米颗粒表征**
壳聚糖空白纳米粒子的平均粒径为500 nm，而包封罗勒和E. platyloba精油的纳米胶囊粒径分别为70.15 nm和60.4 nm，PDI分别为0.291和0.283，Zeta电位分别为63.61 mV和65.18 mV，包封率分别为88.7%和88.9%。结果表明，精油加入显著减小了粒径并提高了分布均匀性，纳米胶囊具有较高的物理稳定性和包封效率。

**3.3 包封精油的电子显微镜评价**
SEM观察显示，纳米胶囊呈球形，表面粗糙并存在孔洞和凹陷，这有利于保护精油免受外界环境降解，并有助于控制其缓释。胶囊结构完整无裂纹，可防止精油迁移至表面发生氧化。

**3.4 精油的抗菌活性**
采用微量稀释法和纸片扩散法测定精油对金黄色葡萄球菌（*Staphylococcus aureus*）和大肠杆菌（*Escherichia coli*）的抑制效果。游离E. platyloba精油抑菌圈最大，对金黄色葡萄球菌的抑菌圈为13 mm，最低抑菌浓度（minimum inhibitory concentration，MIC）为0.390 mg/mL；纳米包封后抑菌圈减小（7 mm和6 mm），但仍具有抑菌能力。革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对精油更敏感。

**3.5 汉堡样品的理化性质**
在4°C储存12天期间，所有样品的水分含量和水分活度均下降，但纳米包封精油处理组（特别是T6）下降幅度最小，表明壳聚糖纳米胶囊有助于保持水分。对照组pH从5.79升至6.99，而纳米包封处理组pH升高明显受抑（T6组仅升至6.11），这归因于精油抑制了微生物生长和蛋白降解。与对照相比，所有精油处理组的TBA值均显著降低，其中纳米包封联合处理组（T6）的TBA值最低（第12天为0.268 mg MDA/kg），表明脂质氧化被有效延缓。

**3.6 汉堡样品的抗氧化活性**
通过DPPH法、福林-酚法和氯化铝比色法测定发现，游离精油处理组初始总酚和总黄酮含量较高，但随储存时间下降较快；纳米包封处理组虽初始值略低，但下降缓慢，在储存后期仍保持较高水平。纳米包封精油的DPPH清除能力在储存12天后仍优于游离精油组，说明壳聚糖纳米胶囊实现了精油的缓释，持续发挥抗氧化作用。

**3.7 汉堡样品的颜色特征**
随着储存时间延长，所有样品的亮度（L\*）降低，红度（a\*）、黄度（b\*）和总色差（ΔE）增加。对照组ΔE从0升至4.24，而纳米包封联合处理组（T6）ΔE仅升至1.35。精油处理组颜色变化较小，表明其抗氧化特性延缓了肌红蛋白氧化成高铁肌红蛋白，维持了汉堡的视觉品质。

**3.8 汉堡样品的微生物特性**
微生物计数显示，对照组总菌落数、金黄色葡萄球菌、霉菌、酵母和嗜冷菌数量在储存期间快速增长。E. platyloba精油处理组的抑菌效果优于罗勒精油组，纳米包封处理组抑菌效果最佳。T6组在储存第12天的总菌落数为7.911 log cfu/g，显著低于游离精油组（8.455-10.967 log cfu/g）和对照组（11.385 log cfu/g）。值得注意的是，所有样品在整个储存期间均未检出大肠杆菌和沙门氏菌。纳米包封通过缓释精油和壳聚糖的协同抗菌作用，有效抑制了腐败微生物的生长。

**3.9 化学计量学分析**
PCA分析显示，新鲜样品与高水分、高抗氧化活性、低TBA和低微生物计数等正向品质向量关联；纳米包封处理组在储存过程中始终位于高质量区域，而对照组和游离精油组逐渐向高TBA、高微生物和明显变色区域移动。HCA热图将样品分为两个主要簇：高保质簇（纳米包封处理组和早期储存样品）和腐败簇（对照组和晚期储存样品）。化学计量学结果进一步验证了纳米包封对汉堡整体品质的稳定作用。

**讨论与结论**

讨论部分指出，精油中酚类、黄酮类和苯丙素类化合物通过破坏微生物细胞膜、抑制酶活性等机制发挥抗菌作用；壳聚糖的正电荷与微生物膜负电荷相互作用，增强抑菌效果。纳米包封提高了精油的分散性、稳定性和缓释性能，从而在长期储存中持续释放活性成分，同时减少精油挥发和降解。该研究结论为：利用罗勒和E. platyloba精油进行纳米包封可获得粒径小、包封率高、Zeta电位稳定的纳米胶囊。加入这两种精油的汉堡样品TBA值、总微生物数以及金黄色葡萄球菌、霉菌、酵母和嗜冷菌数量显著减少，同时保持了较高的抗氧化活性和理化品质。因此，推荐使用罗勒和E. platyloba精油的壳聚糖纳米包封技术延长汉堡保质期。未来需进一步开展汉堡感官评价、精油次级代谢产物分离纯化以及纳米包封制剂的毒性研究，并完善相关纳米食品的法规监管。该研究为新型功能性肉制品开发提供了可行思路，成果发表于《Food Science》。