超声制备的由清洁标签乳化剂稳定的百里香精油纳米乳液：理化性质、抗菌活性与食品去污应用

《Ultrasonics Sonochemistry》：Ultrasound-fabricated thyme essential oil nanoemulsions stabilized by clean-label emulsifiers: Physicochemical properties, antibacterial activity, and food decontamination applications

　　

超声（ultrasound）制备的由清洁标签（clean-label）乳化剂稳定的百里香精油（thyme essential oil，TEO）纳米乳液（nanoemulsion）：理化性质、抗菌活性和食品去污应用。超声制备得到稳定百里香精油纳米乳液（120–220 nm）。茶皂素（tea saponin，TS）和大豆卵磷脂（soy lecithin，SL）在纳米乳液稳定性上优于吐温60（Tween 60，TW）。TS纳米乳液对大肠杆菌（Escherichia coli）O157:H7和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的最低抑菌浓度（MIC，minimum inhibitory concentration）最低，为156.3 μg/mL。乳化剂界面性质调控纳米乳液抗菌机制。TS纳米乳液可有效去除樱桃番茄和牛奶基质中的污染物。

研究背景方面，食源性疾病仍是全球食品安全重大挑战，尤其对新鲜农产品和乳制品等最小加工食品构成威胁。大肠杆菌O157:H7与金黄色葡萄球菌是重要的食源性病原体。植物精油因广谱抗菌和低耐药风险成为天然防腐剂研究热点，其中百里香精油富含 thymol、carvacrol 等酚类单萜，具有一般公认安全（GRAS，Generally Recognized as Safe）地位；但其强疏水性、挥发性、化学不稳定性和水分散性差，限制了在食品体系中的实际应用，常需高浓度才能抑菌，又会影响感官品质。纳米乳液技术可提升疏水活性物分散性、稳定性和生物活性，而超声乳化借助声空化产生窄分布纳米液滴。不同乳化剂会形成不同界面结构，清洁标签天然乳化剂替代合成表面活性剂成为趋势。茶皂素、大豆卵磷脂、大豆分离蛋白（soy protein isolate，SPI）与基准合成表面活性剂吐温60的稳定性、抗菌行为及食品基质表现关系尚未系统建立，因此研究人员开展本研究以阐明乳化剂介导的界面结构—稳定性—活性关系。该论文发表在《Ultrasonics Sonochemistry》。

主要关键技术方法上，研究人员以百里香精油为芯材，分别采用茶皂素、大豆卵磷脂、大豆分离蛋白和吐温60四种乳化剂，先高速均质得粗乳液，再用探头式超声细胞破碎仪在优化工况下制备纳米乳液；通过动态光散射测粒径、多分散指数（PDI，polydispersity index）与ζ电位，溶剂提取—紫外分光光度法测表观包封率（EE，encapsulation efficiency），并测定浊度与黏度；稳定性研究涵盖离心、pH、离子强度、热处理和15天4 ℃/25 ℃储藏；抗菌研究采用琼脂孔扩散、微量肉汤稀释测MIC与最低杀菌浓度（MBC，minimum bactericidal concentration）、时间—杀菌曲线，以及扫描电镜（SEM，scanning electron microscopy）、核酸/蛋白泄漏、外膜通透性（NPN探针）、内膜通透性（ONPG底物）、膜电位（Rhodamine 123）和活性氧（ROS，reactive oxygen species，DCFH-DA探针）等机制实验；食品去污以人工污染樱桃番茄和不同脂肪含量超高温灭菌（UHT，ultra-high temperature）奶为样本体系验证。

3.1 超声制备与纳米乳液理化性质：研究人员通过比较三种超声工况和四种乳化剂，发现NE-2（50%振幅、573 W/cm²、5 min）能量密度适中，液滴破碎占优、聚并受抑，所得纳米乳液粒径最小、PDI最低、EE最高；茶皂素因两亲性三萜皂苷结构形成致密弹性界面膜，表现最优，大豆卵磷脂次之，大豆分离蛋白因吸附慢和部分聚集粒径偏大。浊度与黏度也随超声显著下降，茶皂素体系光学均匀性和流动性最好。

3.2 纳米乳液在环境胁迫下的界面稳定性：离心稳定性上，茶皂素与大豆卵磷脂Ke值最低，界面膜提供静电+空间稳定；离子胁迫下茶皂素和吐温60耐盐性好，磷脂和蛋白体系因电荷屏蔽易聚集；热处理下茶皂素EE和粒径最稳，大豆分离蛋白最易受热解折叠聚集；pH胁迫下吐温60不受电离影响，茶皂素羧基电离使其宽pH稳定，大豆分离蛋白在等电点附近絮凝明显。

3.3 不同温度下的储藏稳定性：15天储藏中4 ℃下各体系尚可，25 ℃差异放大；茶皂素纳米乳液粒径增长最小、PDI维持低值，大豆卵磷脂次之，大豆分离蛋白出现液滴长大和沉淀，吐温60长期奥斯特瓦尔德熟化（Ostwald ripening）较明显。天然茶皂素/大豆卵磷脂体系稳定性不低于合成吐温60。

3.4 抗菌活性：超声纳米化降低MIC/MBC、增大抑菌圈、加快杀菌；茶皂素纳米乳液对金黄色葡萄球菌MIC 156.3 μg/mL、MBC 156.3 μg/mL，对大肠杆菌亦最低，表现为最强抗菌。机制上纳米乳液促进百里香酚等进入膜系统，引起核酸和蛋白泄漏、外膜/内膜通透性上升、膜电位丧失及ROS积累。

食品去污应用：2×MIC处理人工污染樱桃番茄可降低表面大肠杆菌/金黄色葡萄球菌负荷，并减少清洗水交叉污染；UHT全脂、低脂、脱脂奶中以32×MIC TEO当量加入，茶皂素体系对两种病原体减菌效果突出，证明复杂食品基质中仍具应用潜力。

讨论与结论部分总结：研究人员指出，超声空化与乳化剂分子结构共同决定界面架构，天然乳化剂并非简单替代合成表面活性剂，而是通过界面张力降低、界面膜刚性和电荷/空间排斥组合影响稳定性与抗菌释放。茶皂素因快速界面吸附、致密膜和宽环境耐受成为最适清洁标签乳化剂；大豆卵磷脂适合中性体系；大豆分离蛋白需改性或复配方可用于食品抗菌输送。该研究为理性筛选食品级乳化剂、超声辅助精油纳米乳液设计和生鲜/乳品去污保鲜提供了界面—功能关联依据。

结论译自原文要点：超声可制备120–220 nm百里香精油纳米乳液；茶皂素和大豆卵磷脂稳定性优于吐温60；茶皂素纳米乳液对E. coli O157:H7和S. aureus具有最低MIC（156.3 μg/mL）；乳化剂界面性质调控纳米乳液抗菌机制；茶皂素纳米乳液可有效去除樱桃番茄与牛奶基质污染物。研究建立了超声制备清洁标签百里香精油纳米乳液的界面结构—稳定性—活性关系，为天然抗菌输送系统和食品去污应用提供依据。