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Research progress on the construction of edible composite films of plant essential oils and their application in the preservation of fruits and vegetables

  • LI Fang ,
  • ZHANG Jiajia
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  • School of Chemical Engineering, Weifang Vocational College, Weifang 262737, China

Received date: 2024-12-17

  Online published: 2025-07-02

Abstract

The application of plant essential oil composite membranes in the field of fruit and vegetable preservation was summarized, and the construction of three edible composite membranes, namely chitosan composite membranes, protein composite membranes, and sodium alginate composite membranes, as well as the research progress of their applications in fruit and vegetable preservation were reviewed. Plant essential oils are green and natural preservatives for fruits and vegetables. They possess biological activities such as antioxidation and antibacterial properties, and are widely used in the preservation of fruits and vegetables. The application forms of plant essential oil composite films mainly include coating films and packaging films. Their development has solved the problems of poor stability and easy volatility of plant essential oils, and has shown good storage and preservation effects in the preservation of various fruits and vegetables. The selection of edible membranes mainly focuses on materials such as chitosan, protein, and sodium alginate. The combination of two or more materials enhances the comprehensive performance of the composite membranes. The three types of composite films, namely the edible composite film of plant essential oil - chitosan, the edible composite film of plant essential oil - protein, and the edible composite film of plant essential oil - sodium alginate, all have excellent antibacterial activity, which greatly extends the shelf life of fruits and vegetables and can better maintain the content of nutrients in fruits and vegetables. They have broad application prospects in the preservation of fruits and vegetables. This article provides a reference for expanding the application of plant essential oils.

Cite this article

LI Fang , ZHANG Jiajia . Research progress on the construction of edible composite films of plant essential oils and their application in the preservation of fruits and vegetables[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2025 , 31(12) : 93 -96 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.12.022

随着生活水平的提高,消费者对营养丰富、安全绿色、高品质果蔬的需求不断增加。果蔬在采摘、运输、贮藏、销售过程中,易被微生物污染,导致其营养流失和货架期缩短。植物精油富含天然活性物质,具备良好的抗氧化性、抑菌性,能够有效延缓果蔬变质[1]。但植物精油稳定性较差、易挥发、亲水性较弱且具有刺激性气味,限制了其在果蔬保鲜领域的广泛应用[2-4]。将植物精油与成膜性能良好的膜材料结合形成复合膜结构,以保护和缓释精油,是解决植物精油不稳定、易挥发等问题的重要手段之一[5-7]。Azarakhsh等[8]研究表明,利用柠檬草精油复合海藻酸钠构建的复合膜能够较好地抑制菠萝褐变,大大延长其货架期。萨仁高娃[9]将百里香精油与海藻酸盐复合涂膜应用于鲜切苹果和哈密瓜,有效保持了其色泽和品质。Tabassum等[10]将百里香精油和牛至精油复配并构建海藻酸钠复合膜,结果表明,其可有效延缓木瓜衰老。本文概述了植物精油复合膜在果蔬保鲜中的应用,总结了可食性复合膜抗菌体系的构建及其在果蔬保鲜中的应用研究进展,为开发绿色安全的果蔬保鲜剂、进一步扩大植物精油的应用提供参考。

1 植物精油复合膜在果蔬保鲜中的应用

植物精油复合膜的应用形式主要有涂膜和包装膜。其中,涂膜是在常规保鲜液中添加适量精油,混合均匀后再以涂抹、浸泡的方式处理果蔬,以起到保鲜作用;包装膜是将精油以胶囊或乳液的形式直接负载到基质膜中制备复合膜。植物精油复合膜结构的开发解决了植物精油稳定性差、易挥发的问题,有助于植物精油的缓释,在多种果蔬保鲜中表现出良好的贮藏保鲜效果。
刘学义[11]通过流延法将吸附牛至精油的碳酸钙微球混于成膜性能良好的聚乙烯醇(PVA)基质中,构建了碳酸钙@牛至精油-PVA抗菌复合膜,结果表明,该复合膜相容性良好,精油微球在基质膜内分布均匀。微球的多孔结构解决了精油易挥发的问题,有效增强了牛至精油的缓释效果,使得复合膜表现出较强的缓释性能和长效抑菌活性。此外,精油的添加方式在PVA膜的功能改造中发挥着重要作用,不同的构建方式会对PVA膜的性能产生不同的影响。刘嘉雯等[12]研究发现,桉叶精油β-环糊精微胶囊PVA基质复合膜具备优良的抑菌性能、防水透湿性,为兼具抑菌性和防水透湿性保鲜产品的开发应用提供了依据。明胶是胶原蛋白的水解产物,具有良好的生物可降解性和相容性。杨柳[1]通过硬脂酸淀粉酯的乳化作用,将明胶混入机械性能良好的PVA膜中,并负载肉桂醛制备抗菌包装复合膜,将其应用于樱桃番茄保鲜中,结果显示,该复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出良好的抑菌效果,有效延长了樱桃番茄的保质期。

2 植物精油-可食性复合膜抗菌保鲜体系的构建及其应用

植物精油复合膜在果蔬保鲜等方面的应用十分广泛,相关学者在精油复合膜的构建、抗菌保鲜及缓释效果等方面作了大量研究,而实际应用中尚存在亟须解决的问题,尤其是针对可食性膜的开发。从环保角度来看,可食性膜的开发大大降低了石油基膜的使用比例;从食品安全角度来看,可食性膜的开发解决了消费者关切的食用安全问题,同时实现了包装材料的突破性进展。目前,可食性膜的选择主要集中在壳聚糖、蛋白质、海藻酸钠等材料上[13]。随着研究的深入,可食性膜的组成从单一的材料过渡到两种或两种以上材料的复配,增强了复合膜的综合性能。

2.1 植物精油-壳聚糖可食性复合膜

壳聚糖是一种优良的可食性原料,具有良好的成膜性,化学性质稳定且来源广泛[14]。谭乾[15]利用流延成膜法制备出的丁香精油-壳聚糖-聚乙烯醇抗菌膜,可使黄桃贮藏时间在室温条件下延长3~4 d,冷藏条件下延长5~10 d。然而,单一的壳聚糖-植物精油复合膜在机械性能、耐水性和综合抑菌性等方面尚存在脆性高、水溶解性高及相容性差等不足,相关学者尝试添加其他天然大分子物质以改善复合膜综合性能,其对壳聚糖基复合膜的商业化具有重要意义。李名媛等[16]以具有抑菌作用的乳酸为溶剂,完全可生物降解且具有优良抗氧化能力的单宁酸为交联剂改性壳聚糖溶液,得到一种综合性能良好的壳聚糖基复合抗菌膜,不仅延长了果蔬的保质期,还促进了包装材料绿色循环发展。连欢等[17]以壳聚糖为成膜基质,百里香精油为天然抑菌材料制备复合膜,并在其中加入天然高分子乳化剂阿拉伯胶,将改性后的壳聚糖-百里香精油复合膜应用于0 ℃冷库贮藏的蓝莓保鲜效果研究,结果表明,添加阿拉伯胶的复合膜对蓝莓的保鲜效果较好,贮藏20 d后果实腐烂率较低、可滴定酸、维生素C和花青素含量较高。
成膜性能优异且可降解的天然聚合物存在物理性能较差的问题,常需与其他功能性物质共混复配。王艳玲[18]将木薯淀粉、壳聚糖和魔芋葡甘露聚糖三者共混作为成膜基质,采用流延法添加天然活性物质藤椒精油,制备多功能生物降解复合膜,结果表明,活性物质藤椒精油具备优良的抗菌、抗氧化活性,其构建的复合膜在果蔬保鲜领域具有较高的应用价值和潜力。郭浩麒等[19]将明胶、半纤维素与壳聚糖复配,并以甘油为增塑剂,构建了具有良好力学性能的抗菌包装膜,大大提高了复合膜的拉伸强度、断裂伸长率,为绿色可降解抗菌包装的开发提供了参考。

2.2 植物精油-蛋白可食性复合膜

蛋白类基质主要包括明胶、玉米醇溶蛋白、乳清分离蛋白等。Socaciu等[20]将龙蒿精油添加至乳清分离蛋白膜中,结果发现,经热处理后复合膜表现出较好的物理和机械性能。为提升植物精油的稳定性,可先将植物精油进行包封,再添加至成膜基质中。Abbasi等[21]先将橄榄精油封装在醋酸纤维素中,然后添加到明胶基质中制备复合膜,该复合膜的水蒸气透过率降低,机械性能和抗菌性能较好。李孟瑶[22]研究表明,微胶囊技术与膜技术结合制备出的可食膜具有缓释性能优异、安全稳定等优点,克服了天然植物精油易挥发、易氧化、持效时间短等问题,提升了精油的稳定性,同时增加了明胶膜的保鲜特性。
作为一种优良的可食性膜,明胶具有天然、无毒、可食用、可降解等优势,但其耐水性差、抑菌活性和抗氧化活性较低,限制了其在保鲜领域的应用。李波[23]利用细菌纤维素包覆精油形成Pickering乳液,以弥补精油相容性差的不足,并与明胶共混制备了明胶-PE复合膜,提高了明胶膜的耐水性,并赋予了明胶抗菌和抗氧化活性。为弥补单一精油抑菌效果的不足,可将不同种类的植物精油复配以提高复合膜的综合性能。Dhumal等[24]将丁香酚、卡伐克醇、柠檬醛3种精油复配,加入壳聚糖-瓜尔胶-乳清分离蛋白制备复合膜,研究精油复配对复合膜性能的影响,结果表明,精油复配改变了生物聚合物乳清蛋白的结构和相互作用,使复合膜具备良好的抑菌活性,在果蔬保鲜中具有广阔的应用前景。

2.3 植物精油-海藻酸钠可食性复合膜

海藻酸钠是一种天然多糖,具有优良的成膜性和再生性,在果蔬保鲜领域应用广泛。程萌[25]研究发现,香芹酚对双孢蘑菇贮藏期的主要致病菌有显著抑制效果,香芹酚-海藻酸钠生物复合膜对双孢蘑菇抑菌保鲜效果较好。Chen等[26]研究表明,百里香酚-海藻酸钠复合膜对苹果中的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有明显抑制作用,可有效保持其营养成分含量。李彬[27]以乳清分离蛋白纤维与甘草酸混合制备的温敏型乳液作为响应物质包覆肉桂精油,采用囊膜一体法将其添加到海藻酸钠基质膜中,制备出一种温度响应型控释活性薄膜,并将其应用于葡萄保鲜,结果显示,复合膜在20%和30%的乳液添加量下结构紧密,25 ℃条件下贮藏12 d的葡萄仍能保持良好的外观形态。
海藻酸钠具有优良的成膜性和再生性,但存在高水敏性和抗氧化性差等问题。逯文倩等[28]向海藻酸钠基质膜中加入化学稳定性好和生物相容性好、能负载大量活性物质的介孔纳米二氧化硅,并将牛至精油负载于介孔纳米二氧化硅的孔隙中,采用溶剂浇铸法制备植物精油抑菌复合膜,将其应用于双孢蘑菇的保鲜研究,结果显示,该复合膜明显抑制了双孢蘑菇的呼吸作用,可使其在4 ℃贮藏条件下的保鲜期延长至12 d。

3 结论与展望

本文介绍了植物精油复合膜在果蔬保鲜领域中的应用,重点综述了壳聚糖复合膜、蛋白复合膜、海藻酸钠复合膜等可食性复合膜的构建及其在果蔬保鲜领域中的应用研究进展。植物精油复合膜的应用形式主要有涂膜和包装膜,其解决了植物精油稳定性差、易挥发的问题,有助于植物精油的缓释,并且在多种果蔬保鲜中表现出良好的贮藏保鲜效果。植物精油-壳聚糖可食性复合膜、植物精油-蛋白可食性复合膜、植物精油-海藻酸钠可食性复合膜3种复合膜均具有良好的抑菌活性,在果蔬保鲜中具有广阔的应用前景。
目前,针对植物精油复合膜的构建及应用的研究较多,其在延长果蔬货架期以及保持良好外观等方面表现出优异效果,但部分环节有待进一步提升。例如,可食性基质膜材料的选择较为有限;基质膜与抗菌材料的协同效应不明显,仅为几种材料功效的线性叠加等。未来可从以下几方面进行更深入的研究。(1)植物精油复配与多重保鲜技术相联合,探索多种植物精油的复配保鲜技术,以达到优势互补,增强整体的抗菌作用,形成多种植物精油协同作用的新方式;(2)利用共混、化学改性等方式提高薄膜性能,通过包封、纳米乳液和多层系统技术等,提高植物精油在复合膜中的稳定性;(3)系统研究保鲜条件的优化,寻求最佳的保鲜浓度、时间、温度以及精油处理方式等。
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