植物精油的封装技术优化及在食品保鲜中的应用研究

Research on the Optimization of Encapsulation Technology of Plant Essential Oils and Its Application in Food Preservation

WANG Yuanzhe， XU Shuyan* （College of Home and Art Design，Northeast Forestry University，Harbin 15oo40， China）

Abstract： In this paper， Pickering emulsion was prepared by coating cinnamon essential oil with soy protein isolate/gum arabic as wallmaterial，andadded to chitosan/guar gum film to make the film have sustained release antibacterial properties.It was determined by particle size and polydispersity index that the emulsionsystem was the most stable when the mass ratio of soy protein isolate/gum arabic was 1：1 .When the amount of emulsion added is 8% ，the barrier properties and optical properties of the film are the best.The pork preservation experiment shows that the composite film containing Pickering emulsion can extend the preservation time by at least 4 d.

Keywords： Pickering emulsion; essential oil sustained release; active packaging; preservation

猪肉在储存过程中易受到微生物污染和氧化作用的影响而导致品质下降。肉桂精油已被证明对食品相关的微生物具有抑菌作用，但精油易挥发，通过制备皮克林乳液将其包覆后加入薄膜中可延长缓释时间，进一步延长猪肉等食品的保质期[1]。皮克林乳液通过具有双重润湿性的胶体颗粒在油滴周围形成致密的薄膜，控制精油的释放并提高稳定性[2]。

壳聚糖作为一种天然生物质材料，具有优异的成膜性能，加入其他多糖物质可以显著提高其机械性能[3]。瓜儿豆胶具有良好的生物相容性和生物降解性，将两者复合可以开发出具有多种功能的复合材料。大豆分离蛋白因其生物相容性在食品工业中具有潜在的应用前景，但大豆分离蛋白作为皮克林乳液的壁材单独使用时表现出较低的稳定性[4]。阿拉伯胶可以通过静电相互作用吸附到大豆分离蛋白胶体颗粒上增强其稳定性[5]。因此，本文以大豆分离蛋白/阿拉伯胶为壁材，包覆肉桂精油，制备了皮克林乳液，添加到壳聚糖／瓜儿豆胶基材中制备具有缓释抑菌效果的薄膜，并用于猪肉保鲜。

1材料与方法

1.1材料与试剂

壳聚糖，上海蓝季生物试剂有限公司；瓜儿豆胶，上海毕得医药科技有限公司；阿拉伯树胶，天津市科密欧试剂化学有限公司；大豆分离蛋白、肉桂精油，上海源叶生物科技有限公司。

1.2仪器与设备

DF-101S型恒温加热磁力搅拌器，上海力辰邦西仪器有限公司；Nicoletis50傅里叶红外光谱仪，赛默飞世尔科技公司；VAC-VBS压差法气体渗透仪，济南兰光机电技术有限公司；WGT-S透光率/雾度测定仪，上海申光洗涤机械有限公司；FJ-200高速分散均质机，上海标本模型厂。

1.3实验方法

1.3.1 皮克林乳液的制备

将大豆分离蛋白分散在去离子水中，常温搅拌 60min 配制成 2%（w/ν） 的溶液。在 90°C 下加热30min ，接着在 4°C 下静置过夜。将阿拉伯胶溶解于去离子水中，常温下搅拌 60min 配制成浓度为 2% （w/ν ）的溶液。将大豆分离蛋白和阿拉伯胶溶液分别以 5：1，3：1，1：1，1：3 和 1：5（ν/ν） 的比例混合，搅拌 60min 后使用 1mmol⋅L^-1 的 ΔNaOH 将溶液的 pH 值调整至12.0，再分别加入 5%（ν/ν） 的肉桂精油，使用高速均质器以 12000r⋅min^-1 的速度均质 3min 制备皮克林乳液。

1.3.2 复合膜的制备

称取 3.48g 壳聚糖溶于 200mL 体积分数为 2% 的冰乙酸中，溶解后向溶液中加入 0.52g 瓜儿豆胶以及 50%（w/w） 的甘油， 65^∘C 下搅拌 75min 。待溶液冷却至室温后将选定的乳液分别以 2% 、 4% 、 6% 8% 和 10% 的体积比添加到溶液中搅拌 30min 。将溶液浇铸于边长为 15cm 的方形培养皿中， 45^∘C 下干燥 24h 。

1.4结构表征与性能测试

1.4.1粒径、多分散指数和Zeta电位测定

使用纳米颗粒电位仪测量平均粒径、多分散指数和Zeta电位。在测试前，用去离子水将待测样品稀释10倍，以避免多颗粒效应，所有的测量都在25^∘C 下进行。

1.4.2 傅里叶变换红外光谱测定

使用傅里叶变换红外光谱仪测量薄膜的红外光谱。波数范围： 4000～400cm^-1 ；分辨率： 4cm^-1 ：扫描次数：128次。

1.4.3 阻隔性能测定

将膜裁剪成直径为 90mm 的样品，使用压差法气体渗透仪测试薄膜的氧气透过率。在 15mL 离心管里加人 10mL 蒸馏水，将薄膜裁剪成直径为 50mm 的圆形，用石蜡使膜密封离心管，称量记录重量。

将密封后的离心管于室温下放置于盛有无水 CaCl₂ 的干燥器皿中，静置 48h 后，记录离心管的质量。复合膜的水蒸气透过率计算公式为

式中： WVP 为水蒸气透过率， ；△m为离心管质量变化， g ： d 为膜的厚度， m ： A 为离心管管口面积， m² ： t 为测试时间，s； ΔP 为薄膜两侧水蒸气压差， Pa 。

1.4.4光学性能测定

使用透光率/雾度测定仪进行复合膜透光率和雾度的测定。每个样品至少测定3次，取平均值。

1.5冷鲜猪肉的性能测定

1.5.1 猪肉样品处理

在无菌操作台上将猪里脊肉切割成厚度约 3cm ）长宽各约 6cm 的块状，每块质量约 50g 。分别使用市售保鲜膜、壳聚糖/瓜儿豆胶/精油复合膜、壳聚糖/瓜儿豆胶/乳液复合膜进行包装，密封后置于4 C 冷藏柜中，每隔 24h 对冷却肉的保鲜效果进行一次评定。

1.5.2pH值测定

参照《食品安全国家标准食品pH值的测定》（GB5009.237—2016）对样品进行检测。

1.5.3挥发性盐基氮含量的测定

参照《食品安全国家标准食品中挥发性盐基氮的测定》（GB5009.228—2016）中的自动凯氏定氮仪法对样品进行检测。

1.5.4硫代巴比妥酸含量的测定

参照《食品安全国家标准食品中丙二醛的测定》（GB5009.181—2016）中的分光光度法分析硫代巴比妥酸的含量。

2结果与分析

2.1 皮克林乳液的性能分析

2.1.1 皮克林乳液的粒径、多分散指数分析

由图1可知，随着阿拉伯胶相对比例的增加，乳液的平均粒径逐渐增大，且在大豆分离蛋白与阿拉伯胶比例为 1：1 时趋于稳定（ 8.24μm ），继续添加变化不大。当阿拉伯胶的添加比例较低时，蛋白颗粒有足够大的表面积吸附多糖链，随着阿拉伯胶的增加，多糖链之间的阻碍效应增强，无法完整地覆盖在蛋白颗粒的表面，部分多糖链会向外扩展，使复合颗粒的尺寸逐渐增大，直至达到饱和状态，从而形成稳定结构[5。在质量比超过 1：1 时，复合颗粒的平均粒径增加不再明显，说明此时溶液已接近饱和，继续添加阿拉伯胶会导致絮凝。多分散指数用于描述颗粒尺寸分布的均匀程度，数值越小表示分布越均匀。当质量比为 1：1 时，溶液中的多分散指数值最小，为0.42，说明此时溶液中的颗粒大小分布最均匀，此后多分散指数随粒径增大而变大，颗粒分布均匀度变差。

2.1.2 皮克林乳液的Zeta电位分析

Zeta电位可用于表征粒子表面的电荷密度，一定程度上表明其稳定性，当电位绝对值大于30时，体系具有稳定性，且绝对值越大体系越稳定[。图2显示乳液的Zeta电位均为负值，表明溶液中存在大量阴离子。电荷绝对值随着阿拉伯胶比例的增加从29.64mV 提高到 36.49mV ，说明带正电荷的蛋白胶体粒子逐渐被多糖所覆盖，质量比为 1：1 时达到饱和状态。此时，阿拉伯胶比例继续增加，Zeta电位变化不再明显。这表明在质量比为 1：1 时构建出了一个相对稳定的乳液体系。经过对皮克林乳液的分析，可以得出大豆分离蛋白与阿拉伯胶质量比为 1：1 时综合性能最优，后续选择该比例乳液作为添加项。

2.2 复合膜的性能分析

2.2.1 复合膜的阻隔性能分析

图3显示了所有乳液膜的阻隔性能，该系列膜表现出优异的水蒸气阻隔性能，且随着乳液添加量的增加，阻隔性逐渐增强。这是由于乳液颗粒在薄膜中均匀分散，阻碍了水分在薄膜亲水相间的移动。此外，乳液的添加在薄膜间形成更紧凑的夹层，增加水分子扩散路径的曲折度，使水蒸气只能穿过薄膜的锯齿形轨迹。氧气透过率也表现出了类似的变化。乳液有效地分散在薄膜结构内，通过氢键形成有序网络，构建了高质量的阻氧屏障。此外，精油可以溶解一部分膜中存在的氧气，其抗氧化特性会促进氧气的消耗，最终导致氧气透过率降低。乳液添加量为 8% 、 10% 时的复合膜阻隔性能良好，综合考虑阻隔效果与成本问题，最后选择乳液添加量为 8% 的薄膜。