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Research progress on essential oils-loaded edible films and their application in food preservation

  • XIN Siran ,
  • LYU He ,
  • LI Shuai
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  • Jilin Agricultural Science and Technology College, Jilin 132101, China

Received date: 2024-11-04

  Online published: 2025-06-16

Abstract

Plant essential oils have natural antibacterial and antioxidant properties and have become a plant-based preservative in the field of food preservation. On the basis of summarizing the types and extraction methods of plant essential oils, the preparation methods of edible films containing essential oils, and their applications in food preservation were reviewed. Common plant essential oils include functional essential oils, seasoning essential oils, etc. Conventional extraction methods include pressing and steam distillation, while new extraction techniques include enzyme extraction and ultrasonic extraction. According to the main types of raw materials for edible films, they can be divided into polysaccharides, proteins, lipids, and complex types; essential oils-loaded edible films is the process of incorporating plant essential oils into the edible film; among them, the selection of essential oils needs to consider their antioxidant, antibacterial, safety, and impact on food flavor. In terms of food preservation applications, the use of edible films such as Cinnamonum cassia essential oil and Alpinia galanga essential oil can delay the browning and decay process of fruits and vegetables such as Mangifera indica and Citrus reticulate; the edible films such as Zanthoxylum bungeanum essential oil and Mentha spicate essential oil can keep good color of meat such as pork and beef; the application of edible films such as lychee wood essential oil can extend the shelf life of aquatic products, edible fungi, grains, etc. This article provides a reference for the application of essential oils-loaded edible films in food preservation.

Cite this article

XIN Siran , LYU He , LI Shuai . Research progress on essential oils-loaded edible films and their application in food preservation[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2025 , 31(11) : 105 -108 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.11.023

随着消费需求的日益增长,食品保鲜技术成为保障全产业链食品品质稳定的关键。常规化学防腐剂能在一定程度上延长食品的保存期限,但其安全性和对环境的潜在影响逐渐受到公众的关注。因而,探索和开发新颖、安全可靠且环境友好的食品保鲜技术显得尤为关键且迫切。
植物精油所含的生物活性成分具有天然、安全及多样化等特性,特别是其具有抗菌功效,是当前食品保鲜研究领域中关注的焦点。黄兆翔等[1]将肉桂精油包合到壳聚糖中,制成微胶囊,发现其有卓越的热稳定性及缓释性,展现出较优异的抑菌能力。李洋等[2]利用二倍稀释法测试了冬青精油、丁香精油、薄荷精油和柠檬精油对大肠杆菌、青霉菌和金黄色葡萄球菌的抑制效果,发现丁香精油对3种菌株的抑菌效果最佳;同时制备了聚乙烯醇(PVA)丁香精油微球并应用于蓝莓保鲜中,发现其降低了蓝莓果实的失重率、腐败率及多酚氧化酶活性,表明丁香精油具备良好的保鲜及抗菌性。赵云龙[3]将芫荽茎叶精油用于水果保鲜,发现其能有效抑制水果的氧化与菌群生长。部分植物精油在抑制微生物生长、延缓食品氧化变质以及提升食品感官品质等方面展现出较大潜力。
近年来,较多研究关注将植物精油应用于可食膜的制备。将具有天然抗菌和抗氧化成分的植物精油融入可食用膜中,以增强其保鲜性能和安全性的技术,被称为含精油可食膜技术。本文总结了精油的种类及提取方法,综述了含精油可食膜的制备方法及其在食品保鲜中的应用等,为含精油可食膜在相关产业的应用提供参考。

1 精油的种类及提取方法

1.1 精油种类

精油也称为芳香油、挥发性成分或挥发油、香精油等[4]。其化学构成较复杂,从化学成分构成的角度,可将其归纳为四大核心类别:萜烯类衍生物、芳香族化合物群、脂肪族化合物系列,以及含氮、硫元素的特异性化合物组合。其本质是由一系列分子量较小的挥发性油状成分构成,这些成分能够通过水蒸气蒸馏过程被有效提取,同时展现出与水不相混溶的独特性质。其具有低分子量、高挥发性,并能伴随水蒸气蒸馏而出的特性,呈现出独特的香气与油状液体形态的特点[5]。精油按来源分类可分为植物精油、动物精油、矿物精油。其中植物精油依据其独特的香气属性,可分为五大类型:花香调、柑橘调、草本调、树脂调及木质调。常见类型包括功能性精油和调味性精油等。

1.2 精油提取方法

精油的提取过程主要基于两个关键特性:一是其挥发性,即精油成分易从植物体中挥发出来;二是其良好的有机溶剂溶解性,使得其能够被有效地提取和分离[6]。常规提取方法包括压榨法、水蒸气蒸馏法、有机溶剂萃取法、溶剂浸提法、吸附法和冷榨法等;新型的提取技术则聚焦超临界二氧化碳流体萃取法、固相微萃取法、酶提取法、无溶剂微波提取法、亚临界水萃取法、超声波提取法、超声辅助提取萃取技术、微波水扩散重力法、微波辅助提取法、膜辅助溶剂萃取技术、微胶囊—双水相萃取法[7]、分子蒸馏法、结晶法、色谱法等。

2 含精油可食膜的制备

2.1 可食膜的种类

可食膜的种类繁多,根据其主要原料成分,可食性膜可细分为多糖类、蛋白质类、脂质类以及复合型可食膜。

2.1.1 多糖类可食膜

多糖类可食膜指多糖大分子在溶剂中溶解后,经过分子内部及分子间的相互作用而构成的网状结构薄膜。该类可食膜资源丰富,主要来源于海洋生物和农产品,多糖因其独特的螺旋状结构而具有稳定性,这使得多糖可食膜能够在较长时间段内维持其品质不变,满足储存需求[8]

2.1.2 蛋白质类可食膜

蛋白质类可食膜的基础材料主要是植物性蛋白质,如大豆蛋白、小麦蛋白、玉米蛋白及谷朊蛋白等。同时辅以动物来源的蛋白质,包括明胶、酪蛋白、肌纤维蛋白及乳清蛋白等[9]

2.1.3 脂质类可食膜

脂质类可食膜的基础材料涵盖多种天然蜡质材料,如蜂蜡、矿物石蜡、巴西棕榈蜡、稻米糠蜡、虫胶,也包含硬脂酸、软脂酸、乙酰化单甘酯、脂肪酸糖脂、萜烯类树脂(如虫胶树脂)以及各种油类[10]

2.1.4 复合型可食膜

复合型可食膜的制备机理主要是将两种或两种以上天然生物大分子物质(如多糖、蛋白质和脂类等)通过物理或化学方法混合,形成具有互补性能的复合膜材料。在制备过程中,需考虑不同成分间的相互作用,如氢键、离子键等,使分子链结合更紧密,分子密度提高,进而使复合膜具备更加卓越的性能[11]

2.2 含精油可食膜的制备

含精油可食膜是一种功能性薄膜,其通过将植物精油融入可食用基质中,显著增强了其抗菌与抗氧化性能。此类膜主要由天然、可食用的生物高分子材料构成,涵盖了多糖类(如壳聚糖、海藻酸钠)、蛋白质类(如大豆分离蛋白、乳清蛋白)、脂质类(如蜂蜡、巴西棕榈蜡)以及复合型材料等多种成分。这些材料经过特定工艺处理,如包覆或涂布,紧密贴合于食品表面,形成一道防护屏障。该屏障能够有效调控食品与环境之间的水分与氧气交互,从而有效延长食品的保质期,确保食品从生产到消费过程中的品质与安全。
可食膜的精油选择应基于多种因素,包括其抗氧化性、抗菌性、安全性以及对食品风味的影响等[12]。抗氧化性。考虑精油的抗氧化性能,如迷迭香精油、柚皮精油、薰衣草精油、薄荷精油等具有使食品氧化变质进程变缓的能力。抗菌性。采用具备良好抗菌效力的精油,可以有效延缓食品的氧化变质进程[13]。安全性。确保选用精油达到食品级别、安全无毒,以保障其制品无害,符合相关食品安全标准。对食品风味的影响。选择能与食品风味相协调的精油,确保所使用的精油对食品原有风味无不利影响。溶解性与稳定性。考虑精油在可食膜基质内的溶解度和稳定性,以保证其均匀分散于膜中,并在储存和使用过程中保持活性。成本。在维持高品质的前提下,对精油的成本进行优化考量至关重要。具体选择还需根据食品种类、保质期要求及市场需求等因素进行权衡。
在含精油可食膜制备过程中,常在可食膜中添加多种精油来增强其抗菌和抗氧化性能,从而有效延长食品的保质期限。生产中常用精油包括肉桂醛精油、连翘精油、茴香醛精油、柠檬香茅精油、留兰香精油、牛至精油、高良姜精油、丁香酚精油等。

3 含精油可食膜的应用

3.1 在果蔬保鲜中的应用

含精油可食膜能够通过多种机制来实现果蔬的保鲜效果。首先,其在果蔬的外表面形成了一种保护性的覆盖层,起到屏障的作用,减少水分的蒸发和外界微生物的侵入。其次,精油中的活性成分通过控制果蔬表面微生物的生长,有效延缓了果蔬腐烂。另外,部分精油还具备明显的抗氧化功能,能减缓果蔬在储存过程中的氧化变质。王涛[14]利用肉桂精油的抗氧化性,通过浸涂、刷涂和喷涂方式结合复合膜,并将其覆在杧果表面,发现覆膜后的杧果表皮无大片黑褐色区域和黑斑出现,即含肉桂精油可食膜对杧果保鲜有一定作用。高文华等[15]在常温环境(25±2 ℃)下探究了壳聚糖与肉桂精油复合膜对圣女果的保鲜效果,结果显示,该复合膜能够显著延长圣女果在常温条件下的保鲜期。葛向珍[16]研究发现,大高良姜精油智能控释型活性包装复合膜表现出良好的防腐保鲜能力,可有效延缓柑橘品质劣变。金元宝等[17]研究表明,肉桂精油浓度为2μL/100 mL时,与羧甲基纤维素配制的复合涂层对香蕉的保鲜效果较好,能有效抑制其褐变,减缓成熟后的腐败速度。含精油可食膜在果蔬保鲜领域展现出良好的应用前景。

3.2 在肉类保鲜中的应用

可食膜由天然生物大分子及安全添加剂制成,能起到保鲜作用,保护食品质量。含精油可食膜能够通过多种机制来实现肉类保鲜。张赟彬等[18]将肉桂精油掺入壳聚糖膜中,发现其可以提高膜的抗菌性能,对酱卤牛肉等食品的保鲜效果较好。王跃猛等[19]探究了生姜精油与明胶、碳酸钙复合膜的结合应用,发现将其应用于冷鲜肉的保鲜,能增强膜的抑菌效果及保鲜性能。付靖超[20]采用可得然多糖、细菌纤维素与肉桂精油复合膜对鸡肉糜进行保鲜处理,发现添加肉桂精油后复合膜的保鲜性能有所改善,挥发性盐基氮超标时间由6 d延长至9 d,延缓了鸡肉糜的腐败变质。王东芹[21]采用花椒精油与壳聚糖复合膜对生鲜猪肉进行保鲜研究,结果显示,该复合膜能有效延缓储存期间猪肉样品的品质下降进程,使猪肉样品保持良好色泽,展现出优异的保鲜效能。刘雨辰等[22]研究发现,4%留兰香精油与壳聚糖复配的复合膜能较好地保留牛肉色泽、抑制其氧化腐败和表面菌群生长,有助于酱牛肉的储存保鲜。江爱莲等[23]以壳聚糖、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠和牛至精油为成膜基质,生成复合膜进行应用研究,结果显示,该复合膜能有效延长烤羊肉的货架期,提高对烤羊肉的保鲜效果。伴随着研究的不断深入,以及技术的日益成熟,这种保鲜技术将在肉类保鲜领域得到更广泛地应用。

3.3 在其他食品保鲜中的应用

含精油可食膜在水产品、食用菌类、谷类以及坚果类食品的保鲜中均有应用,如郑玉玺等[24]利用荔枝木质精油与壳聚糖制成可食膜,发现其能有效将刀额新对虾的货架期延长3 d。赵然[25]研究表明,植物精油复合花青素可食用膜可应用于鲤鱼片的保鲜。陈梦林[26]将精油微胶囊/玉米淀粉/PLA双层膜应用于双孢蘑菇保鲜中,发现其促进了类黄酮与总酚类化合物的积累,进而有效保持了双孢蘑菇采后品质。韩骞等[27]利用丁香精油—壳聚糖复合膜对米饭进行保鲜处理,发现添加1.5%丁香精油可以保持米饭在储藏期间的营养品质。李贺兴等[28]制备了含有碧根果精油、壳聚糖及乳清分离蛋白的可食膜,并对其在碧根果仁保鲜方面的应用进行了深入研究,发现其能有效抑制碧根果仁贮藏过程中的脂肪氧化,降低果仁过氧化值和酸价的增加,延长货架期。含精油可食膜在其他食品保鲜中的应用前景广阔。

4 结语

本文总结了精油的种类及提取方法,并综述了含植物精油可食膜的制备及其在食品保鲜中的应用。植物精油按化学成分和香气特征分为萜烯类、芳香族化合物等,其可通过水蒸气蒸馏、超临界萃取等方法提取。可食膜主要分为多糖、蛋白质、脂质及复合型,与精油结合形成功能薄膜即含精油可食膜。其能延长果蔬、肉类等食品的保质期,抑制微生物生长并减缓氧化,保持食品品质。因此,含精油可食膜被视为一种环保高效的食品保鲜技术,应用前景广阔。未来研究应致力于开发更多精油资源,优化制备工艺,并全面评估其对环境和健康的影响,以推动其实际应用和商业化进程。
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