基于复合精油微胶囊的抗菌薄膜的机械性能、光学性能和阻隔性能，以及这些性能对樱桃番茄的保鲜效果和理化特性的影响

《Food Bioscience》：The mechanical, optical and barrier properties of antimicrobial films based on composite essential oil microcapsules and their effects on the preservation and physicochemical properties of cherry tomatoes

　　复合精油微胶囊薄膜的制备及其对樱桃番茄的保鲜效果研究表明，通过优化甘油（0.75 mL）、微胶囊（1.00 g）和干燥温度（60°C）参数，制备的Gel基复合薄膜具有优异的抗菌性能和保鲜效果，氧气透过率42.16 cm3/(m2·24h·0.1MPa)，水分透过率1181.39 g/(m2·day)，10天储藏期失重率21.68%（对照组36.48%），且有效延缓多酚类物质的氧化降解，提升DPPH和ABTS自由基清除能力。

　　这项研究聚焦于开发一种基于天然活性物质的抗菌复合薄膜，以提升樱桃番茄的保鲜效果。研究采用肉桂和山鸡椒复合精油作为抗菌成分，甘油和羧甲基纤维素钠（CMC-Na）作为增塑剂和缓释载体，通过将微胶囊嵌入胶基材料中，形成具有物理屏障和主动抑菌功能的复合系统。该研究不仅探讨了复合薄膜在食品保存中的应用潜力，还对其性能和保鲜效果进行了系统分析。

在食品保存和安全领域，抗菌和保鲜技术一直是一个重要的研究方向。随着消费者对食品安全和环保意识的增强，传统化学合成防腐剂因可能带来的健康风险和环境污染问题，逐渐受到质疑。因此，开发天然、环保的抗菌材料成为食品工业升级的重要趋势。植物精油因其广谱抗菌性能、强抗氧化能力以及天然来源的特性，成为食品保鲜技术研究的热点。然而，单一精油在实际应用中仍存在一些技术难题，如挥发性强、作用时间短、有效浓度高，这些因素限制了其在食品包装中的广泛应用。

为了解决这些问题，微胶囊技术被引入，通过将精油包裹在特定的壁材中，可以有效提高其稳定性，实现缓释效果。这种技术不仅可以延长精油的有效作用时间，还能减少其挥发性，从而在食品保存过程中持续发挥抗菌和抗氧化作用。此外，微胶囊技术还能够改善精油与食品之间的接触方式，使其更均匀地分布在包装材料中，提高其应用效率。

在食品保存过程中，微胶囊技术的应用形式通常以薄膜材料为主。这是因为微胶囊粉末在使用过程中容易发生聚集，导致其在食品表面的分布不均，从而影响抗菌效果。而将微胶囊嵌入薄膜基质中，可以形成一个稳定的复合体系，既具备物理屏障功能，又能释放抗菌成分，对食品表面的微生物起到抑制作用。这种复合薄膜不仅可以显著延缓食品腐败过程，还能有效保持其感官质量和营养成分，从而提升食品的整体品质。

在众多天然抗菌材料中，胶基材料因其优异的生物降解性、生物相容性和独特的物理性能，成为食品包装领域的重要选择。然而，纯胶基薄膜在机械性能和抗撕裂性方面存在不足，难以满足复杂的应用场景。因此，引入抗菌活性成分，如精油微胶囊，可以显著改善胶基薄膜的性能，提高其在食品保存中的应用效果。此外，胶基材料与精油微胶囊之间的相互作用，也影响着薄膜的稳定性和抗菌效果。

本研究中，所使用的复合精油主要包括肉桂精油和山鸡椒精油。肉桂精油富含肉桂醛、丁香酚和多种多酚类物质，具有良好的抗菌和抗氧化性能。山鸡椒精油则富含香柠檬烯和柠檬醛，同样具有较强的抗菌活性。通过将这些精油微胶囊化，可以提高其在薄膜中的稳定性，延长其抗菌作用时间，从而更好地应用于食品保存。此外，微胶囊技术还可以有效控制精油的释放速率，使其在食品保存过程中持续发挥作用，而不会因一次性释放而导致活性成分的浪费或浓度波动。

研究发现，甘油的添加量对复合薄膜的物理性能具有显著影响。甘油作为增塑剂，能够调节薄膜的塑化程度，从而影响其透明度、拉伸强度和延展性。随着甘油含量的增加，薄膜的透明度先升高后降低，这种变化与薄膜结构的紧密程度密切相关。当薄膜结构较为松散时，透明度较高；而当结构变得紧密时，透明度则降低。这一现象与已有研究中的观察结果一致，表明甘油在复合薄膜中的作用不仅限于改善其柔韧性，还影响着其物理性能的整体表现。

同时，微胶囊的负载量也是影响薄膜性能的重要因素。研究显示，当微胶囊的负载量增加时，薄膜的拉伸强度和延展性也随之提高。这表明微胶囊的添加能够增强薄膜的机械性能，使其更适用于食品保存环境。此外，微胶囊的负载量还影响着薄膜的抗菌效果，当负载量达到一定水平时，抗菌活性能够达到最佳状态，从而有效抑制食品表面的微生物生长。

在薄膜的制备过程中，干燥温度对最终性能也有重要影响。研究发现，当干燥温度为60°C时，薄膜的氧渗透率和水蒸气渗透率均处于较优水平。这表明在该温度下，薄膜的结构能够保持较好的稳定性，从而有效控制氧气和水分的渗透，提高其作为抗菌包装材料的适用性。此外，干燥温度还影响着薄膜的透明度和拉伸强度，当温度过低或过高时，薄膜的性能可能会受到影响。

为了进一步验证薄膜的性能，研究还采用了扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术手段，对薄膜的微观结构和化学组成进行了分析。SEM结果显示，微胶囊在薄膜基质中分布均匀，表明其与基质之间的结合较为紧密，从而能够有效发挥抗菌作用。FTIR分析则进一步确认了微胶囊与基质之间的化学相互作用，表明其能够稳定地存在于薄膜中，不会因物理或化学因素而发生脱落或降解。

此外，热重分析（TGA）结果表明，该复合薄膜具有良好的热稳定性，能够在较高温度下保持其结构完整性，从而确保其在实际应用中的长期抗菌效果。这为该薄膜在食品保存中的广泛应用提供了理论支持。

在实际应用中，该复合薄膜对樱桃番茄的保鲜效果显著。研究显示，在10天的储存过程中，使用该薄膜的樱桃番茄的重量损失率仅为21.68%，显著低于对照组的36.48%。这表明该薄膜能够有效控制樱桃番茄的水分流失，延长其储存时间。同时，樱桃番茄的色泽亮度和可溶性固形物含量也保持在较高水平，表明该薄膜对樱桃番茄的外观和内在品质具有良好的保护作用。

进一步分析发现，该复合薄膜能够有效延缓樱桃番茄中酚类和黄酮类物质的氧化降解，提高其抗氧化能力。通过检测樱桃番茄提取物对DPPH和ABTS自由基的清除能力，研究发现该薄膜显著提升了番茄果提取物的抗氧化活性。这表明该复合薄膜不仅具有抗菌功能，还能有效延缓食品的氧化过程，提高其整体保鲜效果。

此外，该复合薄膜的性能优于传统聚乙烯（PE）薄膜。这主要体现在其对食品的保护能力上，包括对水分、氧气和微生物的控制能力。相比PE薄膜，该复合薄膜能够更有效地保持食品的感官质量和营养成分，同时减少食品的重量损失，延长其储存时间。这一结果表明，该复合薄膜在食品保存中的应用潜力巨大，具有较高的实用价值。

综上所述，这项研究通过将肉桂和山鸡椒复合精油微胶囊化，并将其嵌入胶基材料中，构建了一种具有优异抗菌性能和良好保鲜效果的复合薄膜。该薄膜不仅能够有效控制食品表面的微生物生长，还能延缓食品的氧化过程，保持其感官质量和营养成分。研究结果表明，该复合薄膜在食品保存中的应用效果优于传统聚乙烯薄膜，具有较高的实用价值和推广前景。未来，该技术有望进一步优化，以满足更广泛的应用需求，推动食品包装材料的绿色化发展。