《Coatings》：Nanoemulsion-Based Nanocoatings Containing Essential Oils for Active Packaging: Production Technologies, Characterization and Microbial Control
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精油（Essential Oils, EOs）因其广泛的生物活性，作为天然抗菌剂用于食品保鲜领域已引起极大关注。然而，其挥发性、易氧化性、有限的水分散性以及潜在的感觉影响限制了其直接应用。将精油包封于纳米乳（Nanoemulsions, NEs）中可改善其分散
精油（Essential Oils, EOs）因其广泛的生物活性，作为天然抗菌剂用于食品保鲜领域已引起极大关注。然而，其挥发性、易氧化性、有限的水分散性以及潜在的感觉影响限制了其直接应用。将精油包封于纳米乳（Nanoemulsions, NEs）中可改善其分散性、理化稳定性及其与微生物细胞的相互作用，而将其掺入生物聚合物基质中则可开发具有活性成分控释潜力的功能性纳米涂层。本综述批判性地审视了配方组成和制备条件如何影响精油基纳米乳纳米涂层的理化稳定性、机械性能、阻隔性能、释放动力学及抗菌活性。文章讨论了其在肉类、乳制品及采后果蔬中应用的最新证据，重点关注精油组成、液滴特性、聚合物基质及加工条件之间的相互作用。此外，还讨论了活性食品包装的监管框架，强调了与食品接触材料、精油、纳米技术、迁移、安全性评估及消费者信息相关的挑战。总体而言，现有证据表明，对纳米乳配方和纳米涂层结构进行合理优化，对于将这些体系转化为有效且具有商业可行性的抗菌技术至关重要。
论文主体内容总结
1. 引言
精油因其富含具有高防腐潜力的生物活性化合物而受到广泛关注，其抗菌效果常通过天然油基质中主要与微量成分的协同作用得以增强。然而，精油直接应用于食品保鲜受限于其易氧化、易挥发和易降解等固有理化特性。将精油包封于纳米乳中可有效克服上述限制，保护挥发性化合物并提高其理化稳定性。将载有精油的纳米乳掺入聚合物基质，可构建用于食品保鲜和采后防护的活性涂层体系，实现精油化合物的可控释放、增强与微生物细胞的相互作用，并降低对合成防腐剂的依赖。此外，纳米乳掺入可生物降解聚合物基质可提供阻隔性能、机械完整性及环境防护等附加功能。抗菌纳米涂层的应用还可减少采后损失和食品浪费，带来显著的经济效益。可生物降解纳米乳基纳米涂层将可再生聚合物基质与天然抗菌化合物相结合，契合可持续食品包装的发展需求。
2. 与既往综述的比较：范围、贡献与研究空白
现有文献中已有综述涉及纳米乳、精油抗菌活性及食品保鲜活性纳米涂层等主题，但多数研究仅聚焦于单一要素或局限于特定精油或单一生物聚合物。既往综述虽涉及包封工艺、稳定性、释放及抗菌性能，但普遍未将上述因素与聚合物基质特性及其对纳米涂层机械性能、阻隔性能和稳定性的影响进行系统整合。本综述的独特贡献在于将纳米乳制备与加工技术、理化及机械表征、阻隔性能、控释、感官影响、抗菌效能及监管考量整合于统一框架内，专门聚焦于精油基纳米涂层在活性食品包装中的应用。
3. 方法
3.1 检索策略
在PubMed、Scopus、Web of Science和ScienceDirect数据库中进行了结构化文献检索，检索时间范围为2020年1月至2026年检索日期，纳入标准为涉及精油基纳米乳掺入抗菌膜或涂层并报告理化表征和/或抗菌性能的原创研究论文。共检索到237条记录，经去重、标题和摘要筛选及全文评估后，最终纳入27篇原创研究论文进行定性综合。文献检索和筛选由两位作者独立完成，分歧通过协商一致解决。由于本研究为叙述性综述而非系统评价，未进行正式偏倚风险评估。
3.2 局限性
本综述存在若干方法学局限：检索仅限于英文文献和2020年以后的原创研究，可能引入语言和发表偏倚；灰色文献被排除；未进行正式偏倚风险或研究质量评估；所选研究在精油组成、纳米乳配方、制备条件、液滴尺寸和多分散指数（PDI）、聚合物基质、涂层制备方法、微生物靶标、分析程序及食品基质等方面存在显著异质性，限制了定量比较和数据合并。
4. 结果与讨论
4.1 乳状液的定义与组成
乳状液是由两种不混溶液体组成的非均相胶体体系，热力学不稳定但可通过表面活性剂实现动力学稳定。表面活性剂吸附于油水界面，降低界面张力并防止液滴聚结。乳状液按分散相和连续相的组织方式分为简单乳状液和多重乳状液。简单乳状液包括水包油型（O/W）和油包水型（W/O）；多重乳状液包含额外的内相，如W/O/W或O/W/O结构，虽具有更高的包封容量和顺序释放潜力，但结构复杂性导致动力学稳定性较低。
4.2 纳米乳基纳米涂层
纳米乳通常定义为分散液滴处于纳米尺寸范围的乳状液，但液滴尺寸并非纳米乳的唯一判定标准，动力学稳定性、界面特性和长期抗失稳能力同样重要。将生物聚合物结构化剂（壁材）掺入纳米乳可将其转化为功能性纳米涂层，通过增加粘度、改善流变行为、降低液滴迁移率来增强体系结构组织性，减少聚结和相分离等失稳现象。研究表明，瓜尔胶和阿拉伯胶形成的聚合物网络可有效截留精油纳米液滴，使液体悬浮液在涂布和干燥后形成连续涂层，同时将挥发性化合物保留率提高约33%。制备策略是纳米乳性能的另一关键决定因素，响应面法（RSM）可同时评估多个加工变量间的相互作用，实现液滴尺寸最小化和稳定性优化。
4.2.1 制备方法与理化稳定性
纳米乳制备主要基于高能均质技术。自纳米乳化利用配方组分内部化学能，在温和搅拌下自发形成纳米液滴；膜乳化通过微孔膜控制液滴形成，粒径分布窄但产率较低；转子-定子高剪切均质操作简便、可放大，但过高剪切速率可能增加空气混入和泡沫形成；高压均质是工业纳米乳生产最有效的技术之一，通过湍流、水力剪切和空化作用实现液滴高效破碎；超声处理因操作简单、处理时间短而成为实验室首选技术之一。不同制备方法的比较表明，组合式顺序加工通常可产生更窄的粒径分布和更高的物理稳定性。高剪切均质单独使用产生约243 nm的平均液滴直径，与高压均质联用后降至约91 nm。粒径、多分散指数（PDI）和zeta电位应综合解读，单一参数不足以预测纳米乳稳定性。聚合物基质的选择对纳米涂层最终性能有显著影响，液滴尺寸的减小并不必然转化为更优的机械性能，纳米乳与聚合物网络的相容性至关重要。
4.2.2 纳米乳基活性包装膜的物理、阻隔和光学性能
水蒸气透过率（WVP）反映材料限制食品与环境间水分传递的能力，水溶性评估涂层在不同食品接触条件下的完整性，光学性能决定材料对光诱导劣变的防护能力。纳米乳掺入对阻隔性能的影响取决于聚合物基质性质和纳米乳浓度。在豌豆蛋白分离物（PPI）膜中，低浓度纳米乳通过增加水分子扩散路径的曲折度降低WVP，高浓度则因相分离和微裂纹产生而增加WVP。在车前子胶粘膜中，纳米乳掺入使WVP从9.44 × 10-5 g Pa-1 m-1 s-1持续降至5.34 × 10-5 g Pa-1 m-1 s-1。壳聚糖膜中纳米乳浓度对WVP和光透过率的影响呈非线性特征，高浓度下过量分散相破坏聚合物基质三维连续性，形成促进水蒸气传输的微通道，同时纳米脂质液滴的光散射效应显著优化了光学阻隔性能。奇亚籽粘液膜中肉桂精油纳米乳的掺入使WVP较对照降低约43.2%-56.1%，水溶性也逐步降低。纳米乳浓度对阻隔性能的影响并非普适性规律，取决于聚合物基质的亲水性和结构组织性。
4.2.3 纳米涂层活性成分释放动力学
活性成分从聚合物基质的释放由基质溶胀、聚合物链松弛和活性成分扩散过程共同控制。数学模型用于预测、量化和控制活性物质从聚合物基质释放的速率。Korsmeyer-Peppas模型（Mt/M∞ = k·tn）根据释放指数n区分释放机制：n ≤ 0.5为Fickian扩散，0.5 < n < 1.0为非Fickian或异常传输，n ≥ 1.0为Case-II传输。扩散控制释放分为储库型体系（零级释放动力学）和基质型体系（释放速率随时间递减）。溶蚀控制释放分为表面溶蚀和本体溶蚀。释放速率受纳米乳液滴尺寸、壁材浓度、基质与活性成分的理化亲和力、食品基质/模拟物类型（pH、水分活度、脂肪含量）、相对湿度和储存温度等因素调控。然而，目前精油纳米乳基食品涂层中释放曲线和动力学参数的报道仍不充分。
4.2.4 纳米涂层对食品基质感官特性的影响
精油含有高挥发性芳香化合物，可能赋予食品过强的气味和风味。纳米结构化精油可调节食品的感官特性，减轻不良感官影响。含柠檬马鞭草精油纳米乳的涂层在16天储存后改善了火鸡肉的感官品质；活性涂层保留了椰枣样品的水分，降低了硬度增加；含1%和1.5%百里香精油纳米乳的涂层在12天冷藏期内保持了羊肉的整体感官品质。壳聚糖活性膜中柠檬精油纳米乳保留了冷藏猪肉的新鲜度，改善了质构特性并减少了滴水损失。然而，精油浓度是决定食品可接受性的关键因素，海藻酸钠膜中香桃木精油浓度的增加导致Kasar奶酪的风味和整体可接受性评分显著下降。因此，需在满足抗菌活性的最低浓度与维持消费者感官可接受性之间建立临界阈值。
4.3 纳米乳强化纳米涂层在微生物控制中的应用
精油通过多种互补机制发挥抗菌活性：疏水性组分插入微生物脂质双层，增加膜通透性并破坏选择性屏障功能，导致胞内成分泄漏；破坏质子动力势和电子传递链，损害三磷酸腺苷（ATP）合成；引起蛋白质功能障碍和氧化应激，导致活性氧（ROS）积累和不可逆细胞损伤。纳米包封通过增加界面面积、改善水分散性、保护挥发性化合物免受氧化和蒸发，并促进纳米液滴与微生物细胞膜的相互作用，使纳米乳的最低抑菌浓度（MIC）通常低于相应游离精油。在乳制品中，含香桃木精油纳米乳的海藻酸钠纳米涂层有效控制了冷藏Kasar奶酪中的单核细胞增生李斯特菌。在鲜肉产品中，明胶-壳聚糖膜中kesum精油纳米乳将碎牛肉的冷藏货架期从约3天延长至12天；含百里香精油纳米乳的壳聚糖膜将牛肉货架期延长至6天。含柠檬精油纳米乳的壳聚糖膜在冷藏条件下维持猪肉微生物品质达10天。在水果采后防护方面，含柠檬草精油的芦荟凝胶有效抑制了椰枣储存初期的细菌和真菌生长；淀粉基涂层中迷迭香精油浓度的增加在120天苹果储存期内逐步减少了扩展青霉引起的病斑。
5. 精油食品涂层的安全性、监管状态、迁移风险与毒理学瓶颈
精油基活性涂层从实验室向商业化过渡需要严格考虑其预期用途、组成、作用模式、迁移潜力和消费者暴露。活性食品包装被设计为与食品或其周围环境相互作用以维持或改善食品品质，其监管状态取决于配方是作为食品接触材料、向食品或顶部空间释放活性物质，还是构成食品可食用部分的一部分。生物聚合物的监管状态因其来源、预期用途和应用条件而异。精油及其单一成分（如香芹酚、百里香酚、丁香酚和柠檬烯）的监管评估不能仅依据其天然来源或作为调味物质的使用历史推断，而取决于物质的特性和组成、预期技术功能、暴露水平及具体应用条件。在欧盟，法规(EC) No 1334/2008规定了调味物质和具有调味特性的食品成分的规则，但精油或其成分作为调味剂的授权使用并不意味着可不受限制地作为包装中的抗菌活性剂使用。纳米尺度特性需要专门的监管考量，欧洲食品安全局（EFSA）已建立 nanomaterials 评估指南。在美国，许多精油虽具有一般认为安全（GRAS）地位，但该分类并不自动延伸至纳米工程化体系。源于主要过敏原（如乳蛋白和甲壳类动物来源材料）的生物聚合物需遵守过敏原标签要求。精油基活性涂层的监管路径是应用特异性的，需对配方组成、预期技术功能、迁移和消费者暴露、毒理学安全性、感官影响、标签合规性及目标市场监管框架进行综合评估。
6. 精油纳米乳基纳米涂层开发与应用趋势
可持续保鲜技术的需求增长将推动可生物降解纳米乳基纳米涂层的发展。未来研究重点包括：配方组成和加工条件的合理优化，关注油-聚合物界面的理化相互作用而非单纯追求更小液滴；工艺标准化和工业放大，建立标准化制备程序和表征方法；超越微生物学评价，纳入感官品质、消费者接受度、货架期预测、监管合规性和环境影响的综合评估；采后保鲜应用拓展，评估商业储存条件下的涂层性能及对更广泛经济重要真菌的抑制作用。纳米乳基纳米涂层的未来发展将依赖食品科学、制药技术、材料工程、微生物学和纳米技术的多学科交叉整合。
