在全球食品安全与可持续发展日益受到关注的背景下,采后食品损失与浪费已成为制约食物系统高效运行的关键瓶颈之一。据联合国环境规划署和联合国粮食及农业组织统计,全球每年浪费的食物总量高达10.5亿t,其中水果与蔬菜在收获至零售阶段的损失率高达25.4%,海产品与肉制品类分别为10.9%和14.0%,凸显出采后环节中冷链物流保障与保鲜技术适配性的严重不足[1-2]。因此,发展高效、安全的食品保鲜技术,对减少采后损失、保障食品品质与供应安全具有重要意义。传统食品保鲜主要依赖化学防腐剂、低温贮存、气调保鲜、辐照等方法,虽能有效抑制微生物增殖并延长货架期[3],但伴随多重弊端,如化学防腐剂在环境中可累积,并具潜在内分泌干扰与肠道菌群失衡风险[4];低温贮存的高能耗特性加剧了碳足迹压力,且对某些耐冷微生物作用有限[5];热处理可杀灭大部分致病菌,但易造成食品营养成分和风味的损失[6];辐照处理设备投入大,运行成本高,并可能引起脂质氧化和维生素损失等品质变化[7];气调包装则受限于气体组分精确控制的难度、包装材料阻隔性能的稳定性以及潜在的微生物安全隐患[8]。与此同时,植物精油因其广谱抗菌性、抗氧化活性及延缓食品腐败的能力,被广泛视为理想的天然保鲜剂[9]。然而,精油在应用中面临水溶性差、高挥发性及化学不稳定性等挑战[10],易导致其在加工和贮存过程中活性损失,严重制约实际应用效能。
传统保鲜技术的局限性与天然植物精油的应用瓶颈,共同构成了食品保鲜领域面临的双重挑战。因此,开发能够协同克服传统技术与天然原料各自缺陷的新型递送体系,已成为该领域的迫切需求。在此背景下,Pickering乳液技术作为一种新兴的固-液界面乳化策略,显示出其独特价值。该技术最早由Pickering等[11]发现,其核心在于利用固体颗粒在界面形成不可逆吸附的屏障,取代传统表面活性剂。这种革新性的稳定机制不仅有效抑制了精油的挥发与氧化[12],且显著增强了其抗菌抗氧化性并延长了食品货架期[13]。与传统乳液相比,Pickering乳液在多个维度表现出明显优势:极高的物理稳定性与界面可靠性[14]、源于天然生物基组分的清洁标签特性,以及对活性成分的可控释放能力。这些特点使其更加契合现代食品工业对安全、天然、长效保鲜解决方案的需求。
本文系统综述了基于Pickering乳液的植物精油递送体系在食品保鲜中的创新性发展。与传统保鲜技术相比,该体系凭借其卓越的物理稳定性、环境友好性以及对精油活性成分的可控缓释能力,在提升抗菌和抗氧化效能、有效延长食品货架期方面展现出显著优势。本文系统分析了Pickering乳液的稳定机制与递送系统,深入探讨了不同精油组分如何通过与食品基质的精准适配,在活性膜、涂抹涂层等应用形式中发挥协同保鲜作用,旨在为推动该先进技术的创新开发与广泛应用,最终实现食品保鲜的绿色可持续发展提供关键的理论支撑与决策参考。
1 精油递送挑战与Pickering乳液稳定机制
1.1 精油在食品保鲜领域的递送挑战
精油是一类源自植物不同部位的天然挥发性混合物,如百里香、肉桂、丁香、迷迭香、牛至及柑橘等精油,因其显著的抗菌性与抗氧化性,在食品保鲜领域具有广泛应用前景[15-17]。精油中主要成分包括萜烯类、醇类、醛类等挥发性组分,同时还富含黄酮类、酚酸类等非挥发性组分,这些成分对食品具有良好的保鲜功效[18]。Kac
niov等[19]的研究证实柠檬精油中的柠檬烯可通过破坏微生物细胞膜结构、干扰能量代谢及抑制DNA合成等多重机制发挥抗菌作用;Akarca等[20]报道黄酮类物质表现出良好的抗氧化与抗菌活性,有助于延长食品保鲜周期。
尽管精油具有优异的生物活性,但因其高挥发性、化学不稳定性及强脂溶性等理化特性制约了其在食品保鲜中的广泛应用。这些递送瓶颈催生了现代包封技术的发展,其中脂质体虽能提升生物利用度,却因包封效率受制备方法限制,难以实现高载量[21];微胶囊技术虽可物理阻隔挥发组分,但壁材在高温加工或贮存中因溶解或结构崩解易引发精油突释现象[22];常规微纳米乳液体系依赖表面活性剂来实现稳定乳化,其潜在的健康与环境争议,与当前“清洁标签”的消费趋势相悖[23]。在此背景下,Pickering乳液的固-液界面稳定机制展现出独特潜力。该体系利用生物基颗粒在油水界面发生不可逆吸附的特性,形成致密物理屏障,可有效抑制精油挥发性损失[24],并显著减少或避免化学乳化剂的使用。同时,Pickering乳液通过界面微结构调控活性成分释放行为,为精油递送挑战提供了有效解决策略。
1.2 Pickering乳液稳定机制及关键影响因素
Pickering乳液是一种以固体微粒替代传统表面活性剂作为稳定剂的多相分散体系,其稳定性的核心在于固体颗粒在油/水界面上的吸附及其在连续相中形成的空间结构或网络[25]。颗粒在油-水-固三相接触中的接触角(θ)是衡量其润湿性的关键参数,直接影响乳液的稳定类型,θ<90°的亲水性颗粒更倾向于稳定O/W型乳液,而θ>90°的疏水性颗粒则有助于形成W/O型乳液[26];当θ接近90°时,颗粒在界面上的吸附能最大,可形成更牢固的界面膜[27]。
a-O/W乳剂的形成;b-W/O乳剂的形成
图1 O/W和W/O Pickering乳液微观示意图[26]
Fig.1 Microscopic schematic diagrams of O/W and W/O Pickering emulsions[26]
Pickering乳液稳定机制主要包括界面膜机械阻碍机制、三维黏弹颗粒网络机制和三维液滴桥连网络机制。其中,界面膜机械阻碍机制的核心在于固体颗粒在油/水界面发生不可逆吸附,并紧密堆积形成一层致密、高机械强度的界面膜,该膜通过空间位阻效应有效阻隔液滴间的接近、碰撞与聚并。颗粒的尺寸、形状及粒径分布直接影响界面膜的堆积密度与力学性能[28]。此外,颗粒表面电荷产生的静电排斥力,以及通过表面修饰引入的聚合物所产生的空间稳定效应,共同作用可有效防止颗粒从界面脱附或发生团聚,从而保障界面膜的完整性与长期稳定性[29]。三维黏弹颗粒网络机制,即未被吸附至界面的游离颗粒在连续相中通过颗粒间相互作用,形成贯穿体系的三维网络结构。该结构能显著提高连续相的黏度与弹性模量,从而抑制液滴的布朗运动与重力驱动的上浮或沉降,降低液滴碰撞频率,并有效延缓奥斯特瓦尔德熟化与聚结[30]。该机制在较高颗粒浓度、高内相比例或具有较强自聚集倾向的颗粒体系中尤为显著[31],是赋予乳液长期稳定性的关键体相机制。三维液滴桥连网络机制则形成于固体颗粒同时吸附于多个液滴界面之时,通过颗粒间的相互作用或直接接触“桥连”相邻液滴,构建起以液滴为节点、颗粒为连接体的空间网络结构。该网络能物理锁定液滴的空间位置,阻止其相互靠近与聚并。此机制常见于颗粒浓度较高、液滴尺寸较小或界面覆盖率不足的体系,并能与三维黏弹颗粒网络产生协同效应,共同提升乳液的宏观稳定性与微观结构强度[32]。因此,Pickering乳液的稳定性源于界面膜机械阻隔、体相三维黏弹网络对液滴运动的抑制、以及液滴桥连网络的物理锁定三者之间的协同作用。其最终表现取决于颗粒性质(润湿性、尺寸、形状、表面电荷)、颗粒浓度、油水相比以及环境条件(pH、离子强度)等多因素的综合影响。
2 Pickering乳液的构建与表征
2.1 食品颗粒稳定剂的类型
在食品领域,适用于Pickering乳液的固体颗粒稳定剂需兼具食品安全性与界面活性。这些源自蛋白质、多糖等食品级成分的颗粒,其关键功能在于通过形成致密界面层来锚定并稳定乳液。此机制不仅显著增强了乳液的物理稳定性,更实现了对包封活性成分的可控释放。根据其组成与结构,可将其分为单一颗粒与复合颗粒两大类。
2.1.1 单一颗粒
在Pickering乳液体系中,单一颗粒稳定剂是指仅使用一种类型的固体颗粒作为乳化剂,其稳定效能主要依赖于颗粒自身的物理化学特性,包括粒径及其分布、润湿性、表面电荷以及形态结构等,这些参数共同决定了颗粒在油-水界面的吸附能、排列密度与界面膜强度,也是影响乳液稳定性的关键因素[33]。常见的单一颗粒稳定剂包括植物蛋白颗粒、淀粉颗粒、果胶颗粒、壳聚糖颗粒和纳米纤维素、改性颗粒等。颗粒的理化性质决定了其在不同食品体系中的适用性与局限性。其中,壳聚糖基颗粒具有阳离子特性和良好的生物可降解性。在酸性条件下,其分子链上的氨基质子化而带正电,可通过静电作用有效抑制液滴聚集,因而适用于果汁、酸性饮料等食品的保鲜体系[34];玉米醇溶蛋白颗粒凭借其天然两亲性,可在界面自组装形成致密膜层,同时增强乳液的抗氧化活性,适用于低脂乳液体系和易氧化活性成分的包埋保护[35];改性淀粉基颗粒通过物理或化学改性可调节其疏水性和粒径,在高油相食品(如沙拉酱、涂抹酱)中能够显著增强界面稳定性[36];果胶基颗粒具有强亲水性和高分子质量,能在界面形成厚屏障层,适用于酸性乳饮料和活性成分递送系统,但在高离子强度环境中易发生桥连絮凝[37];纳米纤维素基颗粒凭借其高长径比和可调控的表面化学特性,表现出优异的界面稳定性能,适用于环境友好型乳液设计,然而其在高脂连续相中的分散稳定性仍是一大挑战[38]。尽管上述单一颗粒稳定剂在特定应用中展现出独特优势,且具有成分明确、调控简便的优点,但其应用效能仍常受到一些共性局限的制约。例如,许多单一颗粒存在溶解度低、易聚集交联的问题[39];同时,较窄的pH适应范围以及对极端加工条件的耐受性不足,也是该类稳定剂常面临的挑战。因此,在实际食品应用中需要根据食品基质、加工条件等合理选择颗粒类型,并充分考虑其界面行为与稳定性之间的构效关系。
2.1.2 复合颗粒
为克服单一颗粒稳定剂的功能局限性,复合颗粒策略致力于通过组分整合,实现界面稳定性与功能性的协同提升。复合颗粒通过蛋白质-多糖、多糖-多糖、蛋白质-多酚等组分间的多重相互作用(如静电络合、氢键、疏水作用及共价交联)构建复合界面结构,显著提升乳液的稳定性和功能性。这些作用的相对主导性高度依赖环境条件,如在酸性pH环境下,对于多数依赖静电络合作用的蛋白质-多糖复合颗粒体系,静电作用通常倾向于减弱,此时氢键与疏水效应则往往成为主导的稳定机制[40]。根据组分间相互作用力的本质,复合颗粒体系可分为物理复合与化学复合两大类,二者在制备策略、性能表现及应用场景上各有侧重,形成功能互补。物理复合主要依赖氢键、静电络合等非共价相互作用,其最大优势在于制备条件温和、流程简便且成本较低,更适合于对加工条件要求不高的应用场景。然而,其界面结构可能因组分迁移或环境应力而重构,导致长期稳定性相对较弱[41]。与之相比,化学复合则通过共价键(如美拉德反应、酶催化交联)构建稳定结构,其界面锚定作用强,能形成坚固的“多级拓扑屏障”,因而耐受环境应力的能力显著增强,更适用于高温、高剪切等极端食品加工条件[42-43]。然而,化学复合通常涉及更复杂的反应流程与参数控制,制备成本与难度也相应增加。因此,2种策略实为功能互补,其选择取决于具体的应用需求。在追求高效、稳定和耐极端条件的应用中,化学复合策略展现出其独特优势。如Liu等[44]发现通过美拉德反应构建的β-环糊精-阳离子纤维素纳米晶共价复合物,可协同利用超分子包合作用与共价交联,显著增强界面膜的致密性,从而使柑橘精油乳液的缓释半衰期延长了2.3倍。Fan等[45]利用玉米醇溶蛋白与单宁酸通过多酚介导的共价疏水化修饰策略,显著提高了颗粒的界面吸附能,同步实现精油的可控释放与食源性致病菌的有效抑制。进一步发展的蛋白质-多糖-多酚三元复合体系,利用多酚的桥联功能共价修饰界面,可优化接触角并构建致密界面结构,协同增强界面锚定强度与活性物质的包封保护效率[46]。因此,复合颗粒策略通过多组分协同组装与界面微结构的精密调控,极大拓展了Pickering乳液的应用前景。在实际应用中,选择物理复合或化学复合,需综合考量目标产品的稳定性要求、加工条件、成本控制及规模化生产的可行性。
2.2 Pickering乳液的制备方法
Pickering乳液的制备以固体颗粒在油水界面的不可逆吸附与组装为核心,其关键在于通过适宜的乳化方法促使颗粒高效稳定界面。其制备流程通常包括颗粒分散和乳化混合两个核心环节。首先,需将固体颗粒稳定剂在水相或油相中进行充分分散,形成均一的分散体系。随后进行的乳化混合是形成乳液结构的关键步骤,根据能量输入方式的不同,主要可分为高能乳化和低能乳化两大类。高能乳化法(如高压均质、超声乳化等)借助高强度机械能破碎液滴,能高效制备出粒径小、分布窄的乳液,尤其适用于高黏度或复合体系。然而,该方法能耗较高,且机械产热可能损害热敏性成分[47];低能乳化法(如膜乳化、自乳化)则依靠相行为转变或界面张力调控在温和条件下实现乳化,能更好地保护热敏性活性成分;但其应用通常受限于处理通量较低以及对配方设计有较高要求(表1)。在乳化过程中,颗粒会不可逆地吸附于新形成的油-水界面,形成致密且稳定的颗粒界面膜,从而有效抑制液滴聚并和奥斯特瓦尔德熟化[48]。乳化方法的选择直接决定了乳液的液滴尺寸、界面结构及流变特性,并通过“方法-结构-功能”的关联机制决定其最终物理稳定性与应用效果。因此,根据目标产品的需求选择合适乳化策略至关重要。
表1 Pickering乳液的制备方法对比
Table 1 Comparison of preparation methods for Pickering emulsions
乳化法优点缺点食品应用场景转子-定子匀浆法乳化效率高;能处理高黏度液体;设备操作简单乳液粒径分布较宽;剪切产热可能影响热敏成分适用于各类乳化产品,尤其是较高黏度食品超声波乳化法乳化高效、均匀;可制备纳米级乳液设备成本高;处理时间较长;可能导致热损伤适用于成分复杂的复合食品体系静电喷雾乳化法可生成小颗粒尺寸;提高乳液稳定性;高效节能设备要求高;操作难度大;乳液质量不均匀时难以控制适用于对粒度要求严格的高端食品微流控乳化法高度可控,无需高温处理,生成高稳定性乳液设备成本高;处理批量较小;难以规模化适合对粒度和稳定性要求极高的食品产品膜乳化法粒径均匀性好;操作温和、能耗低;便于规模化生产处理速率较低;膜孔易堵塞;对进料颗粒尺寸有要求适用于粒径均一性和温和工艺需求高的食品高压均质法乳滴粒径极小且分布均匀;易于规模化生产设备投资较高;能耗大,热敏感成分可能受影响适用于高均匀性要求的液体食品和营养强化产品自乳化法过程无需外加剪切;能耗低;条件温和乳化速度较慢;对配方设计依赖性极高适用于日常消费品,尤其是液态食品、乳制品
2.3 表征技术与性能评价
2.3.1 微观结构表征
液滴的粒径及其分布是表征乳液微观结构的核心参数,直接决定其均一性与物理稳定性,通常可采用激光粒度分析仪或动态光散射技术进行测定。一般而言,较小的平均粒径与较窄的分布意味着体系更稳定,能有效抑制液滴的聚并和分层。在微观结构观测方面,多种显微技术为乳液的界面与体相结构解析提供了有力支撑。普通光学显微镜操作简便,适用于快速观察乳滴形态与分散状态,但分辨率有限;扫描电镜和透射电镜可提供更高分辨率的形貌与界面结构信息,尤其适用于研究纳米级颗粒的分布与吸附行为,但其样品前处理复杂且无法观测液态真实状态[49];激光共聚焦显微镜可通过荧光标记特异性区分油、水相等多组分,实现三维结构重建与原位观察,但对样品透明度及荧光标记操作有较高要求[50];原子力显微镜可用于直接测量界面膜的机械性能与液滴刚度;而拉曼显微镜则提供无需标记的化学成像,但其扫描范围较小且耗时较长。这些技术相互补充,共同为揭示乳液的稳定机制与结构-功能关系提供多维度依据。
2.3.2 颗粒界面行为表征
颗粒在油-水界面处的吸附行为与界面膜性质是决定Pickering乳液稳定性的核心因素。系统解析其界面组装机制,通常需综合运用界面流变学、三相接触角测量、表面压力-面积等温线等技术,以评估界面膜的机械强度、颗粒润湿性及吸附动力学行为。在评估颗粒界面行为时,体相中颗粒的分散稳定性也至关重要。Zeta电位是表征颗粒在分散体系中电化学稳定性的关键参数,其绝对值越高,表明颗粒间静电排斥作用越强,有助于增强乳液的聚集稳定性[51]。尽管zeta电位主要反映体相中状态,其变化仍与颗粒在界面的吸附倾向和排列方式相关联。在此基础上,多技术联用策略为深入理解界面行为提供了关键支撑。Zhong等[52]通过联用zeta电位与三相接触角分析,揭示了两性离子几丁质纳米纤维在不同pH条件下的基面稳定化机制;该纤维在酸性及碱性环境下因表面电荷充足、润湿性适宜,可高效稳定乳液,而在中性pH下则因净电荷趋近于零、接触角接近90°而发生聚集,显著影响乳液稳定性。
2.3.3 稳定性评价
稳定性评价是判断Pickering乳液实际应用可行性的关键,常需要结合宏观加速测试与微观流变分析进行系统评估。在宏观层面,常通过离心加速、热稳定性及冻融循环等测试,模拟乳液在贮存与运输中可能发生的相分离与聚集行为,以评估其长期物理稳定性。在微观层面,则借助流变学测量其剪切稀化行为、粘弹性模量(如储能模量G′和损耗模量G″)等参数,以揭示乳液内部的结构强度与恢复能力。Tian等[53]的研究是上述多尺度评价的典型范例,宏观离心与贮藏实验表明,β-环糊精/肉桂醛精油复合物能显著延缓乳液相分离,提升长期稳定性;流变学分析进一步揭示该体系具有典型凝胶特性(G′>G″)与剪切稀化行为,证实了其良好的结构强度与加工适用性。因此,融合宏观与微观尺度的评价策略,能全面解析乳液的稳定性能,为其从设计到应用的全程优化提供关键依据。
2.3.4 功能性评价
Pickering乳液的功能性评价聚焦于其作为活性成分递送体系的核心性能,主要包括释放行为、抗氧化及抗菌活性等指标。释放行为通常通过透析袋法或体外扩散模型测定释放动力学曲线来评估;抗氧化性能常采用DPPH和ABTS阳离子自由基清除实验或氧化诱导期来量化;抗菌活性则常用抑菌圈法或最小抑菌浓度法(minimum inhibitory concentration,MIC)来评价。Pickering乳液封装能显著增强活性物的抗菌效果,如Li等[54]基于测定MIC发现,玉米醇溶蛋白-果胶颗粒稳定的八角茴香油乳液对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制效力约为游离精油的2倍,证实了上述方法在量化乳液体系协同增效作用中的有效性。此外,界面膜性能(如通透性、包封率)可通过荧光探针或荧光淬灭等技术表征,为功能化乳液的设计提供理论依据。
2.3.5 食品适用性评价
食品适用性评价旨在验证Pickering乳液在实际食品体系中的相容性、稳定性及对产品感官属性的影响。通常包括乳液与真实食品基质复配,观察其相容性、相分离行为及贮存稳定性;感官评价涉及口感、风味掩蔽与外观接受度等消费者可感知的属性;毒理学安全性评估和体外消化模型则用于分析乳液在胃肠道环境中的行为及生物可及性,确保其符合食品应用的安全性与有效性的双重要求。如Wang等[55]采用体外消化模型研究发现,由辛烯基琥珀酸酐淀粉稳定的胡椒精油Pickering乳液,在肠道阶段120 min时的脂质释放率仅为16.93%,显著延缓了消化速率,证明其具备作为功能食品配料所需的缓释特性与代谢有效性。因此,食品适用性评价通过多维度、系统化的分析,为Pickering乳液从实验室研究走向实际食品应用提供了不可或缺的数据支持和科学依据。
3 精油基Pickering乳液在食品保鲜中的应用
3.1 Pickering乳液活性膜形式
延长食品货架期是食品包装技术面临的核心挑战之一。近年来,基于精油Pickering乳液的活性包装技术通过将精油的天然抗菌抗氧化活性与可降解成膜材料的环保特性相整合,展现出显著的协同优势,已成为研究热点。该技术将颗粒稳定的精油乳液引入多糖、蛋白质等可降解基质,制备出兼具长效保鲜、良好机械性能与环保特性的功能性薄膜。
精油Pickering乳液活性膜技术为解决果蔬采后易失水与品质劣变问题提供了创新思路。其技术关键在于利用固体颗粒稳定精油,以解决其与亲水性生物聚合物基膜(如玉米淀粉、果胶-魔芋葡甘聚糖、海藻酸钠/瓜尔胶)的相容性难题。在众多食品级颗粒中,纳米纤维素类材料(如小球藻纳米纤维素、纤维素纳米晶)因其优异的成膜性与界面活性而被广泛研究与应用[56-57],此外,蛋白质颗粒(如玉米醇溶蛋白)及多糖基颗粒(如改性淀粉)等也是构成该技术体系的重要选择。这些颗粒通过在界面形成致密屏障,确保了精油活性成分在膜中的均匀分散与长期稳定性,从而协同发挥保鲜功效[58]。此类活性膜体系通过双重机制协同作用,一方面,Pickering乳液中的固体颗粒与基材聚合物网络交织,显著强化了薄膜的物理屏障功能,如提升机械强度以抵抗外力、增强水蒸气阻隔性以减少失水、改善疏水性以抵御环境湿度影响[59];另一方面,凭借界面颗粒层构成的致密屏障所产生的缓释效应,被包封的精油可实现持续可控的释放,从而长效发挥其抗氧化与抗菌生物活性[60]。在此基础之上,更前沿的探索则致力于开发集成了多功能与智能响应特性的先进薄膜。如Yang等[61]开发的海藻酸钠/瓜尔胶/黑果枸杞花青素复合膜,不仅集成了抗菌抗氧化的Pickering乳液和银纳米粒子,还创新性地利用花青素的pH响应特性实现了电化学书写智能标签功能。
随着对食品安全和品质保障要求的不断提升,如何高效延长食品货架期成为行业关注的重点。如表2所示,在肉制品的冷藏保鲜应用中,常采用如纳米纤维素、壳聚糖等作为颗粒稳定剂构建Pickering乳液,并与多种精油复配制成活性膜。这类膜能显著抑制微生物生长并延缓氧化酸败,通过调控精油添加量与膜材比例,可有效抑制肉制品在贮藏过程中的品质劣变,从而延长其货架期[62-65]。针对水产品贮藏中因高水分和易氧化导致的新鲜度下降问题,有研究通过纳米颗粒、双层结构等创新设计,使Pickering乳液活性膜不仅具备优良的抗氧化和抑菌作用,还能有效降低脂肪氧化和微生物滋生,从而维持鱼虾等水产品的品质和风味[66-68]。在烘焙制品、坚果及高水分食品等易腐体系中,精油基Pickering乳液活性膜展现出差异化防控优势。针对霉变风险,其构建的抗真菌屏障能有效遏制微生物滋生;面对氧化引发的品质劣变,活性成分协同阻断脂质与酶促变质途径;而对于高水分食品的失水软化问题,则通过强化阻湿网络延缓质地衰退。这种基于腐败类型的定向策略,将“稳定剂-精油-基材”三元协同效应转化为精准保鲜动力,为多元化食品的绿色防护提供普适化解决方案[69-71]。
表2 精油基Pickering乳液活性膜在不同食品中的保鲜研究
Table 2 Research on the preservation of different foods by essential oil-based Pickering emulsion active films
食品类型食品名称精油类型稳定剂保鲜性能膜基材参考文献水果类樱桃柠檬精油玉米醇溶蛋白14 d后腐烂率低20%,呼吸速率下降,抑菌圈直径提高至18 mm,抗氧化活性提升6倍羧甲基纤维素/明胶[58]葡萄丁香精油纤维素纳米晶体15 d后葡萄硬度高于对照组20%以上,失重率显著降低,腐烂率低于10%果胶-魔芋葡甘露聚糖[59]芒果生姜精油纤维素纳米晶体14 d内果皮黄化减缓,失重率下降15%,病害率低于15%,GEO缓释延长4 d海藻酸钠[60]樱桃番茄花椒精油小球藻纳米纤维素25 d内失重率低8%,可溶性固形物含量高于对照组,果实硬度保持好,抑菌性强玉米淀粉[56]蔬菜类西红柿生姜精油氧化纤维素纳米晶体水汽透过率降低60%,抑菌区增大45%,贮藏期延长3 d绿豆淀粉[57]双孢蘑菇猴面包树籽油β-环糊精/柿子果胶延长货架期100%至30 d,同步增强阻隔性、抗氧化及抗菌活性海藻酸钠/瓜尔胶[61]肉制品类香肠肉桂+丁香精油(2∶1)废枣仁纤维素纳米晶体12 d腐败率显著降低,抗氧化和抗菌性增强,2%精油组保鲜效果最佳壳聚糖[62]猪肉山苍子精油纤维素纳米晶体/单宁酸pH、菌落总数和TBA升高速度减缓,延缓腐败,质量保持效果好魔芋葡甘露聚糖/角叉菜胶[63]冰鲜牛肉紫苏精油大豆分离蛋白-壳聚糖纳米颗粒14 d内菌落数低于6.0,挥发性盐基氮下降49%,脂肪氧化下降55%,货架期延长7 d细菌纤维素/聚乙烯醇[64]鸡肉、羊肉连翘精油细菌纳米纤维素抗氧化性提升26%,抑菌率提高34%,货架期延长2 d福木胶[65]水产类红鲷鱼片肉桂+紫苏精油(1∶9)壳聚糖纳米粒14 d抑菌率超50%,脂肪氧化程度降低64%,货架期延长8 d,肉质弹性保持率提升2倍以上壳聚糖纳米颗粒/胶原蛋白[66]鲑鱼百里香精油氧化壳质纳米晶总挥发性碱性氮降低32%,pH值降低6%,假单胞菌比例下降22%魔芋胶-羟丙基甲基纤维素[67]南美白对虾柠檬精油壳聚糖-乳清蛋白-铁纳米粒失重率减少62%,菌落减少82%,硬度增加192 g,腥味减轻聚乙烯醇[68]其他类面包肉桂醛+柠檬醛(1∶2)虫胶纳米颗粒面包保质期延长5 d,完全抑制霉菌孢子萌发,并显著提升水蒸气/氧气阻隔性壳聚糖/虫胶[69]核桃肉桂精油细菌纤维素纳米粒抑菌率达65%,脂肪氧化降低34%,保鲜期延长壳聚糖[70]椰枣肉桂精油纤维素纳米晶体水分损失减少42%,酵母霉菌减少60%,货架期延长40%藻酸钠[71]
3.2 涂抹形式
Pickering乳液凭借其独特的界面稳定性和生物相容性,除作为成膜基质外,亦可直接通过喷涂或浸渍等简便方式在食品表面形成功能性涂层,展现出卓越的保鲜潜力。此类由天然生物大分子颗粒稳定的乳液体系在食品表面固化后,能协同发挥物理阻隔与活性成分缓释的双重保鲜机制,一方面有效减少水分流失并调节气体交换;另一方面可持续释放所负载的精油等活性物质,从而显著抑制食品(尤其是果蔬)的呼吸代谢、延缓软化、褐变及营养损耗。
如表3所示,Pickering乳液以涂抹形式主要用于水果类和水产类保鲜。在浆果保鲜中,壳聚糖基Pickering乳液形成的弹性凝胶涂层对草莓品质维持效果突出[72]。在芒果等热带水果的应用中,由纤维素纳米纤维等稳定的复合乳液体系,能通过其三维网络结构高效负载并精准释放精油活性物,在提供优异阻隔性的同时,凭借其抗氧化效应显著延长货架期[73-75]。尤为值得关注的是,在鲜切水果保鲜领域,复合颗粒稳定的Pickering乳液通过浸泡方式应用,能有效克服纯精油易挥发、有异味的局限性,显著抑制鲜切苹果的微生物增殖与酶促褐变,为其提供了高效的活性成分递送方案[76]。在水果保鲜之外,该技术也为水产品冷藏保鲜提供了高效方案。多项研究表明,基于精油的Pickering乳液涂层通过其强效抗菌与抗氧化双重机制,能有效抑制腐败微生物增殖、延缓脂质/蛋白氧化变质,从而显著延长多种水产品的冷藏货架期并维持其感官品质[77-79]。
表3 精油基Pickering乳液复合涂层在不同食品保鲜中的应用
Table 3 Application of essential oil-based Pickering emulsion composite coating in different food preservation
食品类型食品名称精油类型稳定剂保鲜性能涂层应用方法参考文献水果类鲜切苹果柑橘精油大豆分离蛋白-壳聚糖盐酸盐抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌,褐变程度降低62%,菌落总数减少23%浸渍[76]芒果肉桂醛纤维素纳米纤-单宁酸延长货架期10 d,减少营养流失30%,硬度增加12%,细菌数量减少80%浸渍[73]柑橘香草精油纤维素纳米纤维色差变化减少20%,延缓色泽变化10天,细菌生长抑制85%浸渍[74]番石榴百里香+丁香精油(1∶1)结晶纳米纤维素维生素C保留率提升至86.2%、硬度保持率提高至44%、失重率降至14%,并完全抑制真菌生长浸渍[75]草莓百里香精油壳聚糖水分流失率降低35%,硬度保持15 d,延长货架期5 d,霉菌生长抑制90%喷涂[72]水产类红虾茶树精油大豆分离蛋白-黄原胶使红虾货架期延长4 d,总菌落数降低36%,腐败产物降低30%。浸渍[77]斑鲭鱼片百里香精油壳聚糖纳米颗粒12 d内使鱼片总菌落数降低25%,脂肪氧化水平降低71%,抗氧化能力提高56%浸渍[78]冷藏带鱼肉桂精油玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶货架期延长67%,菌落总数降低31%,蛋白降解减少30%浸渍[79]
3.3 其他形式
随着精油Pickering乳液在活性包装与涂层领域的应用日益成熟,其形式也朝着功能多元化方向拓展。在熏蒸保鲜方面,Feng等[80]开发了一种温度响应型Pickering乳液,该乳液以羟丁基改性玉米淀粉稳定山苍子-肉桂复配精油,以非接触方式应用于鲜面条的冷藏保鲜,通过智能控制精油释放,将其货架期延长了3 d。Shen等[81]则将其制备成一种基于Pickering乳液的保鲜处理液,并通过浸泡方式应用于鲜切紫甘蓝,在有效杀菌的同时显著延缓了色泽劣变。此外,在食品基质内部应用方面,Feng等[82]将玉米醇溶蛋白稳定的肉桂精油Pickering乳液作为脂肪替代物应用于磅蛋糕,在成功替代20%黄油的同时有效抑制了霉菌生长,使货架期延长4 d。另一方面,Wang等[83]通过喷雾干燥将辣椒精油Pickering乳液转化为微胶囊粉体,展现出良好的抗氧化与抑菌活性,具备作为广谱、长效固体保鲜剂的潜力。这些创新形式显著拓展了精油Pickering乳液在食品保鲜中的应用维度。
4 结论与展望
综上所述,基于Pickering乳液的精油递送技术通过其独特的界面稳定机制,为攻克精油的应用难题提供了高效方案,是食品绿色保鲜领域的一项突破性进展。本文系统阐明了该体系在提升精油稳定性、缓释性及生物活性方面的卓越效能,并将其成功应用于多种食品的保鲜实践,展现出延长货架期、维持高品质的巨大潜力。展望未来,基于Pickering乳液的植物精油递送研究应从基础研究与产业化2个维度协同推进。在基础层面,核心在于通过调控颗粒粒径、界面化学组成等关键参数,实现对精油释放行为的程序化控制,并设计开发能响应食品环境变化的智能材料;在产业层面,焦点则集中于破解低成本规模化制备工艺难题,并建立全面的环境与健康安全性评价体系,最终推动该项前景广阔的技术从实验室走向市场,为食品工业的可持续发展注入核心动力。
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