封装百里香精油的静电纺玉米醇溶蛋白纤维抗菌双层淀粉膜用于樱桃番茄包装

《Journal of the Science of Food and Agriculture》：Antimicrobial bilayer starch film containing zein electrospun fibers encapsulating thyme essential oil for cherry tomato packaging

　　

**摘要**

**研究背景**：本研究评估了封装于静电纺玉米醇溶蛋白（zein）纤维中的百里香精油（thyme essential oil, TEO）的抗菌活性，并将其用于双层膜（bilayer films）作为樱桃番茄的活性包装。研究人员采用琼脂扩散法和微大气法评估了TEO及含20%、40%、60% TEO双层膜的抗菌活性。含有60% TEO的膜通过活菌计数法（viable cell count）进行微生物测试，并作为樱桃番茄的生物活性包装应用。在14天的贮藏期内，研究人员分析了重量损失、腐烂率、硬度、可溶性固形物、可滴定酸度、pH值及微生物质量等指标。

**研究结果**：游离TEO对所有受试细菌和真菌均表现出抗菌活性，对单核细胞增生李斯特菌（*Listeria monocytogenes*）和金黄色葡萄球菌（*Staphylococcus aureus*）的抗菌活性最强，在微大气试验中完全抑制真菌生长。含60% TEO的双层膜完全抑制了*S. aureus*和皮落青霉（*Penicillium crustosum*），使大肠杆菌（*Escherichia coli*）生长减少71.5%，黄曲霉（*Aspergillus flavus*）生长减少71.3%。作为樱桃番茄的活性包装，与对照组相比，经14天贮藏后，双层膜将重量损失从14.7%降至6.8%，腐烂发生率从83.3%降至33.3%，同时维持了可溶性固形物（5.0 °Brix）、可滴定酸度和pH值。双层膜还使*E. coli*减少约92%，需氧嗜温菌减少约1.8 log菌落形成单位（colony-forming units, CFU）g^?1，酵母菌和霉菌减少约1.5 log CFU g^?1。

**研究结论**：研究结果证实了TEO在双层膜中的抗菌有效性及其用于活性包装的潜力，为延长易腐食品的货架期提供了一种可持续的替代方案，并展示了其在新鲜农产品工业化保鲜中的应用前景。? 2026 Author(s)。*Journal of the Science of Food and Agriculture*由John Wiley & Sons Ltd代表化学工业协会（Society of Chemical Industry）出版。

**论文解读：封装百里香精油的静电纺玉米醇溶蛋白纤维双层淀粉膜用于樱桃番茄活性包装**

**一、研究背景与问题**

新鲜果蔬富含水分、代谢旺盛，采后易受微生物侵染而腐烂变质，是采后损失最严重的农产品类别之一。樱桃番茄（cherry tomato）作为呼吸跃变型果实，组织结构脆弱且采后酶活性强烈，尤其容易劣变。当前食品工业仍广泛依赖化学防腐剂和石油基包装材料来延长货架期，这类被动包装（passive packaging）缺乏抑制微生物生长或维持感官品质的活性功能，且带来环境和安全风险。近年来，具有抗菌活性和挥发性化合物可控释放能力的生物可降解活性包装受到广泛关注，但许多体系仍面临活性化合物快速释放和挥发、长期抗菌效果不足等瓶颈。玉米醇溶蛋白（zein）作为一种疏水性玉米蛋白，可通过静电纺丝制成高比表面积的多孔纤维，有效包埋精油类抗菌剂，防止其热氧化降解并实现缓释。在本研究团队前期工作中，已开发出以甘薯淀粉膜为外层物理屏障、以负载百里香精油（thyme essential oil, TEO）的zein静电纺纤维为内层活性层的双层膜体系，并证实其具有改善的理化、机械和阻隔性能及抗氧化活性。然而，关于此类双层膜在食品贮藏条件下对食源性致病菌和腐败菌的抗菌性能及其对鲜果蔬的保鲜效果，此前尚缺乏系统性研究。

**二、研究目的**

本研究旨在：①通过体外试验评估游离TEO及含不同浓度（20%、40%、60%）TEO的双层膜对多种食源性和腐败微生物（包括革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌及霉菌）的抗菌活性；②将筛选出的最优双层膜作为活性包装应用于樱桃番茄贮藏，评价其对果实理化品质和微生物质量的保持效果。

**三、主要技术方法**

研究人员从巴西佩洛塔斯当地市场购买黄心甘薯（*Ipomoea batatas* L. 'Amelia'）提取淀粉；TEO购自巴西Ferquima公司，经气相色谱-质谱联用（GC–MS）鉴定主要成分为对伞花烃（36.46%）、百里香酚（29.48%）、香芹酚（5.78%）、γ-松油烯（5.34%）和芳樟醇（4.63%）。双层膜制备采用流延法（casting）制备甘薯淀粉膜，再通过静电纺丝将zein/TEO纤维直接沉积于淀粉膜表面形成双层结构。抗菌活性评价采用琼脂扩散法、微大气法和活菌计数法。受试微生物包括金黄色葡萄球菌（*Staphylococcus aureus* ATCC 10832）、单核细胞增生李斯特菌（*Listeria monocytogenes* ATCC 7644）、蜡状芽孢杆菌（*Bacillus cereus* ATCC 14579）、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA，来自葡萄牙波尔图肿瘤研究所）、大肠杆菌（*Escherichia coli* ATCC 43895）、鼠伤寒沙门氏菌（*Salmonella* Typhimurium ATCC 13311）、铜绿假单胞菌（*Pseudomonas aeruginosa* ATCC 10145），以及皮落青霉（*Penicillium crustosum*）、黄曲霉（*Aspergillus flavus* ATCC 48112）和尖孢镰刀菌（*Fusarium oxysporum* ATCC 48112）。樱桃番茄活性包装模拟试验设置对照组（敞口）、聚氯乙烯（PVC）膜组和双层膜组，于24±1 °C、相对湿度约65%条件下贮藏14天，定期检测重量损失、腐烂率、硬度、总可溶性固形物（TSS）、可滴定酸度、pH值，并在第14天进行微生物质量分析。

**四、研究结果**

**（一）游离TEO的体外抗菌活性**

琼脂扩散试验中，TEO对所有受试细菌和真菌均表现出显著抑制作用，且呈浓度依赖性。TEO对革兰氏阳性菌的抑制作用强于革兰氏阴性菌，其中对*L. monocytogenes*和*S. aureus*的抑制效果最强，在10 μL剂量下达到全板完全抑制（Ti）。对*E. coli*和*S.* Typhimurium在10 μL时抑菌圈分别达58.9 mm和67.9 mm。微大气试验中，TEO对*S. aureus*在5 μL时即达100%抑制，对*S.* Typhimurium在15 μL时完全抑制，对*L. monocytogenes*和*E. coli*的抑制率分别达88.8%和76.5%。对真菌而言，10 μL TEO在琼脂扩散中完全抑制三种受试霉菌；微大气试验中，10 μL对*P. crustosum*达100%抑制，15 μL对*F. oxysporum*完全抑制，对*A. flavus*抑制率达90.3%。

**（二）双层膜的体外抗菌活性**

琼脂扩散中双层膜未产生抑菌圈，原因是zein纤维中TEO的扩散受限。微大气试验中，随着TEO浓度从20%增至60%，抗菌活性逐渐增强。含60% TEO的双层膜对*S. aureus*和*P. crustosum*达到100%抑制，对*E. coli*抑制率为71.5%，对*A. flavus*抑制率为71.3%。活菌计数试验进一步显示，含60% TEO双层膜对*P. aeruginosa*在2小时内即实现完全抑制，对*B. cereus*、MRSA和*E. coli*在5小时内完全抑制，对*S. aureus*和*L. monocytogenes*在8小时内完全抑制。对*P. crustosum*在72小时内实现完全抑制，对*F. oxysporum*和*A. flavus*虽未完全抑制，但活菌数随接触时间延长较对照组显著降低，体现了TEO从zein纤维中缓释的持续抗菌效果。

**（三）双层膜对樱桃番茄的活性包装效果**

经14天贮藏，双层膜包装组的重量损失从对照组（敞口）的14.7%降至6.8%，与PVC膜组无显著差异；腐烂率从对照组的83.3%大幅降至33.3%，且在贮藏各时间点均低于PVC膜组。果实硬度在各处理间无显著差异，但双层膜组有维持较高硬度的趋势。在化学品质方面，双层膜组延缓了TSS的上升（第14天为5.0 °Brix，对照组为5.7 °Brix），保持了较高的可滴定酸度（0.33%柠檬酸，对照组为0.28%）和较低的pH变化（4.36，对照组4.40），表明双层膜有效延缓了果实的成熟衰老进程。微生物质量方面，第14天双层膜组*E. coli*从对照组的43 MPN g^?1降至3.6 MPN g^?1（约92%抑制），需氧嗜温菌从7.03×10⁶ CFU g^?1降至1.17×10⁵ CFU g^?1（约1.8 log减少），酵母和霉菌从3.29×10⁶ CFU g^?1降至9.5×10⁴ CFU g^?1（约1.5 log减少）。所有样品均未检出沙门氏菌（*Salmonella* spp.），且*E. coli*含量均符合巴西国家卫生监督局（ANVISA）第161/2022号规范性指令规定的新鲜番茄微生物限量标准（<100 CFU g^?1）。

**五、讨论与结论**

研究讨论指出，双层膜中TEO的缓释特性是其抗菌作用持续发挥的关键。zein静电纺纤维的多孔结构和高比表面积为TEO提供了保护屏障，避免其快速挥发和降解，实现单向控释——外层甘薯淀粉膜阻止活性物质向外部环境迁移，内层zein纤维将挥发物定向释放至食品表面和包装顶空气氛。微大气试验证实气相接触是双层膜发挥抗菌效能的主要方式，该方式对表面易滋生霉菌的新鲜果蔬尤为有效。与PVC膜相比，双层膜不仅提供物理阻隔，还通过持续释放百里香酚和香芹酚等挥发性抗菌组分抑制果实表面微生物增殖、降低呼吸代谢，从而在失重率相当的情况下实现更低的腐烂率和更好的化学品质保持。研究人员还指出，双层膜此前已表现出43.3%（ABTS）和33.8%（DPPH）的自由基清除活性，进一步支持其多功能活性包装潜力。结论部分确认了研究假设：含60%封装TEO的双层膜具有显著抗菌活性，能有效延长樱桃番茄货架期、维持理化品质和微生物安全，是一种符合循环经济理念、可持续且有工业化应用前景的农产品保鲜技术。研究建议未来将双层膜应用于其他易腐食品基质，并开展感官评价、不同温度下的稳定性以及释放挥发物的毒理学安全性评估。