《食品科學》：合肥工業大學徐斐然副教授等：牛至精油基抑菌膜在生鮮寧夏灘羊肉保鮮中的應用

寧夏灘羊肉因肉質鮮嫩、低脂肪、少膻味以及豐富的氨基酸組成而深受消費者喜愛。然而，寧夏地區地處偏遠且地形復雜，使得寧夏灘羊肉在長時間跨域運輸過程中極易受到溫度波動與濕度變化的影響。該環境將加速腐敗菌的大量繁殖，同時引發蛋白質降解與脂質氧化反應，進而導致寧夏灘羊肉的劣化變質，降低其食用價值和經濟價值。目前，傳統的塑料薄膜包裝因成本低廉、性能穩定在食品包裝領域廣泛應用，但其不可降解性已引發嚴重的環境危機。因此，開發多功能、友好型的生物基材料已成為亟需解決的問題。相比傳統塑料薄膜包裝，生物基材料不僅具有良好的環保特性，還能通過添加功能性成分（如抗菌劑）滿足消費者對食品保鮮的需求。

牛至精油（OEO）是一種通過蒸餾或壓榨等方法從牛至草中提取的常用抑菌劑，已被美國食品藥品監督管理局（FDA）認定為公認安全（GRAS）物質。研究指出，OEO中的關鍵抑菌成分百里香酚和香芹酚，可通過分子結構中的羥基（—OH）與細菌細胞膜表面的磷脂結合，破壞細胞膜的完整性，導致細胞內容物流失，從而實現對細菌生長的有效抑制。此外，這些酚類化合物還能通過清除自由基和抑制脂質過氧化反應，表現出顯著的抗氧化能力。在食品包裝制備過程中，OEO作為食品添加劑和合成替代品的利用率得到了顯著提高。Shen Yuping等發現在淀粉基薄膜體系中添加OEO后，材料的紫外-可見光屏蔽性能與抗氧化活性均得到顯著增強；負載3% OEO的淀粉膜對枯草芽孢桿菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均表現出最強的抗菌活性。因此，OEO作為天然活性組分在生鮮肉品的長時間跨域運輸中具有廣闊的保鮮應用前景。

明膠（GEL）作為膠原蛋白的部分水解產物，具有優異的成膜性、生物相容性和可降解性，是食品包裝和生物醫學領域中廣泛應用的天然高分子材料之一。GEL分子鏈中含有大量的羥基、羧基和氨基，為化學修飾和物理交聯提供了豐富的活性位點。角蛋白（KT）作為一種來源廣泛（如羽毛、羊毛）的可再生天然材料，同樣具備優異的成膜性、生物相容性和可降解特性，在生物薄膜領域展現出顯著的應用潛力。近年來，KT基薄膜研究雖取得顯著進展，但其固有的脆性高、易斷裂、不透明等缺陷仍制約著實際應用范圍，特別是在缺乏任何增塑劑的情況下。為此，研究者常借助共混與交聯策略以改善其性能。GEL和KT復配，可在分子水平上借助氫鍵、靜電相互作用等形成致密的網絡結構，這不僅顯著提升了薄膜的機械強度（如拉伸強度（TS））和柔韌性，而且增強了其耐水性和結構穩定性，解決了單一多糖或多糖-蛋白基質常見的機械性能弱或易濕損的難題。Habib等將KT與聚乙烯醇結合，成功開發了一種機械性能優良、熱性能穩定的生物塑料薄膜。檸檬酸交聯的KT基薄膜與純KT基薄膜相比具有更高的TS，且其斷裂伸長率（EB）由原來的69%提高到了209%。因此，本研究擬通過將GEL和KT結合并進行改性處理以改善聚合物薄膜的脆性，同時提升其機械強度、斷裂韌性及耐水性能，從而增強薄膜網絡結構的穩定性，以拓展該類材料在智能包裝等領域的應用價值。

合肥工業大學食品與生物工程學院的王倩倩、孫玥、徐斐然*等人以OEO作為天然抑菌成分，以KT和GEL構成復合膜體系，輔以甘油為增塑劑、檸檬酸作為交聯劑制備GEL/KT-OEO抑菌膜，系統表征該抑菌膜的物理性能、化學結構和抑菌活性，并評估其在生鮮寧夏灘羊肉保鮮中的實際應用效果，旨在為包括寧夏灘羊肉在內的西部特色生鮮肉品的長距離運輸提供一種新型的保鮮技術方案，助力實現跨區域流通過程中的品質穩定與損耗控制。

01

GEL/KT-OEO抑菌膜的物理性能分析

1.1 透光率

在食品包裝領域，適當的透光率對于保障食品品質至關重要。較低的透光率可能會影響食品包裝的透明度，從而降低消費者的購買意愿；而過高的透光率可能會加速某些光敏性食品（如肉類或乳制品）的脂質氧化和維生素降解過程，縮短食品的保質期。因此，在實際應用中需權衡OEO的添加量以滿足包裝性能和視覺效果的需求。OEO添加量對GEL/KT-OEO抑菌膜透光率的影響如圖1所示。未添加OEO時，GEL/KT-OEO抑菌膜主要由GEL和KT組成，其內部結構較為均勻，透光率相對較高，為（36.83±0.74）%。當OEO的添加量為10%時，GEL/KT-OEO抑菌膜的透光率為（36.20±0.31）%，仍處于較高水平。而當OEO添加量進一步增多時，薄膜中形成的油滴數量增多且尺寸增大，導致光線散射加劇，從而使透光率顯著降低。

1.2 TS與EB

表1展示了不同OEO添加量的GEL/KT-OEO抑菌膜的TS與EB。隨著OEO添加量從0%增加到20%，GEL/KTOEO抑菌膜的TS顯著下降，從1.63 MPa降至0.15 MPa，降幅達90.8%。同時，EB呈現上升趨勢，由80.48%增加至102.85%，增幅為27.8%。這種變化趨勢表明，OEO的加入顯著削弱了薄膜的機械強度，但增強了其延展性。當OEO添加量為10%時，TS和EB分別為（0.58±0.06）MPa、（82.53±2.73）%。OEO作為一種小分子物質，能夠通過范德華力和氫鍵與GEL和KT中的極性基團相互作用，插入聚合物分子鏈之間，從而破壞膜內分子網絡結構的連續性。因此，當薄膜受到拉力時，分子鏈更容易發生滑移和斷裂，最終表現為薄膜的TS降低。OEO與蛋白質聚合物的相互作用導致薄膜的延展性增強，從而提高了GEL/KT-OEO抑菌膜的EB。Ribeiro-Santos等也發現，將OEO摻入乳清蛋白分離物薄膜中可以使其具有更好的延展性。

1.3 MC與WS

OEO添加量對GEL/KT-OEO抑菌膜MC與WS的影響如圖2所示。隨著OEO添加量的增加，GEL/KT-OEO抑菌膜的MC在10%～15%之間輕微浮動。這種少量的水分增加可能是由于OEO破壞了薄膜的網絡結構，使得聚合物鏈之間的水分子增多。這一發現與Jouki等報道的相符，他們指出在榅桲種子黏液膜中添加OEO對水分含量的影響不大。OEO的加入對GEL/KT-OEO抑菌膜的WS產生了較大影響。隨著OEO添加量的增加，GEL/KT-OEO抑菌膜的WS顯著上升，加入20%的OEO后溶解度最高，達到68.89%。這是因為加入OEO后，蛋白質的分子鏈之間相互作用，使薄膜網絡不穩定。Pires等發現，添加精油后鱈魚蛋白可食用薄膜的WS顯著增加，他們假設精油對蛋白質-蛋白質和蛋白質-甘油（增塑劑）相互作用具有抑制作用，添加精油后，薄膜內部網絡結構的致密性下降，形成更為松散多孔的狀態，同時使部分甘油從蛋白質基質中脫離出來，從而增強了膜對水分的敏感性和溶解性。綜合來看，當OEO添加量高于10%時，WS急劇上升，可能導致膜的機械性能下降。因此，建議OEO的最佳添加量為10%，以在保持較低WS的同時實現良好的包裝效果，此時，GEL/KT-OEO抑菌膜的MC為（14.31±0.49）%，WS為（48.98±0.69）%。

02

GEL/KT-OEO抑菌膜的抑菌性能分析

在肉品的貯運過程中，E. coli與S. aureus常常作為指示菌和模式菌被用以初步評估保鮮劑的廣譜抗菌活性。本研究采用稀釋涂布法測定含有不同含量OEO的GEL/KT-OEO抑菌膜的抑菌活性，結果如圖3所示。將不含OEO的抑菌膜設為對照組，圖3B、C顯示，添加OEO的薄膜抑菌效果顯著增加，且隨著OEO含量的增加，薄膜對E. coli和S. aureus的抑制率均有所增大。含20% OEO的薄膜對兩種菌均達到100%的抑制率。當OEO的添加量為10%時，薄膜對E. coli和S. aureus的抑菌率分別達（97.28±1.34）%、（99.67±0.33）%，雖然沒有完全抑制兩種菌的生長，但對兩種菌的抑菌效果與OEO添加量為15%和20%的薄膜相比已無顯著差異（P＜0.05）。Criollo-Feijoo等研究表明，在含有3% OEO的情況下，木薯淀粉基薄膜對E. coli和S. aureus的抑制效果非常有效，與本研究中10% OEO添加組所表現出的較高抑菌活性一致。需要說明的是，本研究的抑菌實驗主要基于E. coli和S. aureus兩種標準模式菌株，對保鮮膜的抗菌性能進行了初步評估，結果顯示出良好的廣譜抑菌潛力。然而，在實際低溫貯藏過程中，肉品的腐敗變質主要源于假單胞菌和熱死環絲菌等嗜冷微生物。因此，后續研究擬系統針對上述特定腐敗菌的抑菌動力學分析，并延長貯藏實驗周期，以更準確評估該保鮮膜在實際應用中的效果與潛在價值。因此，綜合考慮OEO添加量對GEL/KT-OEO抑菌膜透光率、TS、EB、MC、WS和抑菌能力的影響，后序將選擇OEO添加量為10%進行表征實驗和保鮮應用實驗。

03

GEL/KT-OEO抑菌膜的表征

3.1 SEM

GEL/KT和GEL/KT-OEO的SEM圖像如圖4所示。GEL/KT和GEL/KT-OEO薄膜均保持了完整的表面形態，無明顯裂紋或空洞，證明兩者具有良好的成膜性能。然而，GEL/KT-OEO抑菌膜表面呈現出較為粗糙的不規則顆粒狀結構，這可能是由于OEO的加入干擾了GEL和KT分子的鋪展和排列，從而降低了晶體結構的致密性，使得GEL和KT分子之間的網絡結構變得較為松散。這種變化可能降低薄膜的透明度（圖1）并改變其機械性能。具體而言，較松散的網絡結構可能導致TS下降，但同時可能增強薄膜的柔韌性，這與表1中GEL/KT-OEO抑菌膜的結果一致?？偟膩碚f，OEO與GEL/KT薄膜的良好復合性及晶體結構致密性的降低，與劉子聰等的研究結果一致。他們推測類似的現象可能是由于OEO的疏水成分破壞了蛋白質分子間的緊密堆積，而本研究進一步通過SEM觀察驗證了這一假設。

3.2 FTIR

GEL/KT和GEL/KT-OEO的FTIR譜圖如圖5A所示。OEO中含有香芹酚、百里香酚等酚類化合物，這些化合物的酚羥基（—OH）和甘油、GEL、KT中的醇羥基會在FTIR中表現為3 287 cm-1附近的吸收峰。酰胺B帶位于2 860～2 955 cm-1處，主要對應C—H的伸縮振動。1 643 cm-1處對應C＝O、C＝C鍵的伸縮振動吸收峰，可能與GEL、KT中的酰胺I帶和OEO中含有的烯類化合物相關。酰胺III帶位于約1 034 cm-1處，對應C—O鍵的伸縮振動和O—H的伸縮振動，這些鍵都是隨著甘油的添加而來。通過對比GEL/KT與GEL/KT-OEO的FTIR譜圖可以看出，OEO的添加對GEL/KT-OEO抑菌膜的分子結構和官能團沒有明顯影響。

3.3 XRD

GEL/KT和GEL/KT-OEO的XRD譜圖如圖5B所示。通過對比發現，GEL/KT和GEL/KT-OEO的XRD譜圖特征基本一致，未觀察到新的特征峰出現，這一結果表明OEO沒有和GEL或KT之間生成新的晶體結構。在2θ＝19.53°處存在的1 個較為陡峭的衍射峰，主要與GEL、KT分子鏈中存在的氫鍵和特定的氨基酸序列有關。加入OEO后，XRD譜圖中主要衍射峰的強度輕微減弱，這種變化主要是由于OEO中的有機化合物干擾了GEL和KT分子鏈的有序排列，分子間無序性增大，從而降低了晶體結構的完整性和致密性。這也證明，OEO主要影響的是結晶度而非晶體結構。

3.4 TGA

從圖6A可以看出，GEL/KT和GEL/KT-OEO質量損失均可劃分為3 個階段：第1階段在50～100 ℃，這一階段的質量損失主要是薄膜所含的自由水被蒸發導致；第2階段在100～300 ℃，這一階段的質量損失主要由GEL和甘油的低分子蛋白降解以及OEO的主要成分如γ-萜品烯的熱解引起；300 ℃以上為第3階段，該階段的質量損失主要與OEO中穩定性較強的芳香結構，以及膜中大分子物質的降解有關。在0～300 ℃，GEL/KT-OEO的質量損失率低于GEL/KT，表明OEO的添加在一定程度上提升了膜的熱穩定性，這可能是由于OEO分子填充到蛋白質分子的空隙中，在一定程度上阻礙了熱量的內部傳遞和降解產物的擴散。此外，由圖6B可知，GEL/KT的最大熱降解速率在溫度220.95 ℃時出現，而GEL/KT-OEO的最大熱降解速率的溫度為241.57 ℃，進一步印證了OEO對GEL/KT熱穩定性的提升作用。薄膜在100 ℃條件下的質量損失百分比可以用來估計薄膜的吸濕率，這是食品包裝應用中的一個重要參數，因為薄膜上吸附的水分可以促進細菌生長，從而對食品質量產生不利影響。從圖6A局部放大圖可以看出，GEL/KT膜在100 ℃時的質量損失約為6%，而GEL/KT-OEO膜的質量損失小于4%，表明GEL/KT-OEO膜的吸濕率顯著降低。

04

GEL/KT-OEO抑菌膜在寧夏灘羊肉中的保鮮應用

4.1 感官評價

在4 ℃條件下貯藏9 d期間寧夏灘羊肉的實物外觀如圖7A所示，各組樣本在貯存9 d后的感官評分如圖7B所示。在本研究中，如果寧夏灘羊肉的各項感官評分均低于5 分時，則認為不可接受。在初始時，寧夏灘羊肉表現為粉紅色、有光澤、富有彈性、無黏性、無異味。在貯藏3 d后，空白組和PE保鮮膜包覆組寧夏灘羊肉的顏色變黃褐色，開始失去彈性，GEL/KT-OEO抑菌膜包覆的寧夏灘羊肉則無明顯變化。在貯藏5 d后，空白組的寧夏灘羊肉開始出現異味，表面發黏嚴重且水分較多，在總體感官上已不能接受，PE保鮮膜包覆組寧夏灘羊肉在貯藏7 d后達到不可接受程度。在貯藏9 d后，GEL/KT-OEO抑菌膜包覆的寧夏灘羊肉的肉色深暗且彈性幾乎消失，但表面無黏液、無明顯異味，評分高于另外兩組，整體可接受度較高。結果表明，在4 ℃冷藏過程中GEL/KT-OEO抑菌膜能夠有效減緩蛋白、脂肪的氧化酸敗速率，抑制腐敗微生物的生長繁殖，并且能夠有效阻隔寧夏灘羊肉與空氣直接接觸，從而延緩其色澤和彈性的劣變，減少黏液和異味的產生，推遲寧夏灘羊肉腐敗的時間。

4.2 pH值

在貯藏期間，寧夏灘羊肉的pH值變化情況如圖7C所示。寧夏灘羊肉的初始pH值為5.89，隨著貯藏時間的延長，各組寧夏灘羊肉的pH值均出現上升的趨勢。這是因為寧夏灘羊肉在腐敗過程中，微生物與蛋白水解酶聯合作用，將蛋白質分解成肽和氨基酸等堿性化合物，從而使pH值升高。根據評定標準，肉類pH值在5.8～6.2之間為新鮮，pH 6.2～6.6為次新鮮，而pH值超過6.7則視為變質肉。PE保鮮膜包覆與GEL/KT-OEO抑菌膜包覆的寧夏灘羊肉的pH值上升速度顯著低于空白組。在貯藏5 d后，無膜包覆的寧夏灘羊肉pH值達到6.71，已經處于變質狀態，而PE保鮮膜、GEL/KT-OEO抑菌膜處理的寧夏灘羊肉的pH值分別為6.52和6.19，分別處于次新鮮和新鮮狀態。在貯藏7 d后，PE膜和GEL/KT-OEO抑菌膜包覆的寧夏灘羊肉的pH值分別為6.89和6.73，均發生了變質。這說明采用包覆處理能夠有效阻隔氧氣、抑制微生物的生長繁殖、延緩寧夏灘羊肉的腐敗過程。同時，GEL/KTOEO抑菌膜進一步增強了抑菌作用，成功將寧夏灘羊肉的保質期延長了2 d。

4.3 TVB-N值

在貯藏期間，寧夏灘羊肉的TVB-N值變化情況如圖7D所示。寧夏灘羊肉的初始TVB-N值為8.21 mg/100 g，隨著貯藏時間延長，空白組和PE保鮮膜包覆、GEL/KT-OEO抑菌膜包覆處理的寧夏灘羊肉的TVB-N值均逐漸增加。TVB-N值是衡量肉類腐敗程度的重要指標，根據其數值可將寧夏灘羊肉的品質分為3 個等級：新鮮級（＜15 mg/100 g）、次新鮮級（15～25 mg/100 g）和腐敗級（＞25 mg/100 g）。在貯藏5 d后，空白組和PE保鮮膜包覆的寧夏灘羊肉的TVB-N值分別達到21.42 mg/100 g和17.87 mg/100 g，均處于次新鮮級，而GEL/KT-OEO抑菌膜包覆的寧夏灘羊肉的TVB-N值仍低于新鮮級閾值。在貯藏7 d后，空白和PE保鮮膜包覆的寧夏灘羊肉的TVB-N值分別達到30.28 mg/100 g和26.57 mg/100 g，進入腐敗期。GEL/KTOEO抑菌膜包覆的寧夏灘羊肉此時處于次新鮮級，即將進入腐敗期，表明GEL/KT-OEO抑菌膜可顯著抑制腐敗微生物的生長，進而降低微生物分解寧夏灘羊肉非蛋白含氮化合物的能力。

4.4 TBARS值

在貯藏過程中，肉制品易發生脂質氧化，其氧化產物會在微生物和多種酶的作用下被分解生成醛（丙二醛）、酮、脂肪酸等低分子質量化合物。其中，丙二醛可與硫代巴比妥酸反應生成粉紅色物質，這一反應結果可間接反映肉類的脂質氧化程度。一般認為TBARS值為0.5 mg/kg是人們能感知到的最低酸敗值。由圖7E可知，寧夏灘羊肉的初始TBARS值為0.17 mg/kg，隨貯藏時間延長，各組TBARS值呈現逐漸上升的趨勢。貯藏5 d后，空白組的寧夏灘羊肉已達到人們能感知的酸敗程度，TBARS值為0.87 mg/kg，而膜包覆的寧夏灘羊肉的TBARS值均低于0.5 mg/kg。在貯藏7 d后，PE保鮮膜包覆的寧夏灘羊肉的TBARS值為0.99 mg/kg，GEL/KT-OEO抑菌膜包覆的寧夏灘羊肉的TBARS值為0.53 mg/kg，顯著低于PE組的TBARS值（P＜0.05）。這表明GEL/KT-OEO抑菌膜可顯著抑制寧夏灘羊肉的脂質氧化，將其保鮮期延長至7 d。

05

結論

本研究成功制備了GEL/KT-OEO抑菌膜。結果表明，當OEO添加量為10%時，GEL/KT-OEO抑菌膜表現出最佳的力學性能和抑菌效果，對E. coli和S. aureus的抑制率均超過97%。在4 ℃貯藏條件下，該抑菌膜能有效延緩寧夏灘羊肉的pH值上升、抑制TVB-N和TBARS的生成，并將寧夏灘羊肉的保質期延長至7 d，保鮮效果優于空白組與PE保鮮膜組。綜上，GEL/KT-OEO抑菌膜在生鮮肉品保鮮包裝領域具有良好的應用前景，可為西部地區特色肉品的長時間跨域運輸提供有效技術支撐。然而，本研究仍存在一些不足之處，例如尚未評估該膜對假單胞菌等常見嗜冷菌的抑制作用，也未開展系統的成本效益分析，這些將作為后續研究的重要內容予以推進。

作者簡介

通信作者

徐斐然， 合肥工業大學食品與生物工程學院副教授、博士生導師，江南大學食品科學與工程專業博士，美國伊利諾伊大學-厄巴納香檳分校訪問學者，入選第七屆中國科協“青年人才托舉”工程項目，安徽省留學人才，《Food Science and Human Wellness》雜志青年編委。主要從事食品功能因子、肉品加工與保鮮、食物資源高值化利用研究。授課課程"微生物學"獲第三批國家級一流本科課程，主要完成人獲省部級科技進步二等獎1 項，主持國家自然科學基金、“十四五”國家重點研發計劃項目子課題，安徽省自然科學基金等項目10余項，受邀在國際、國內學術會議做分會場報告5 次。迄今在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》《Food Chemistry》《Food and Function》《食品科學》等雜志上發表高水平論文40余篇（其中ESI高被引論文2 篇），授權美國發明專利、國家發明專利、實用新型專利20余件，參編外文學術著作1 部、國家級教材1 部，指導碩士研究生2 名獲2024年度國家獎學金。

引文格式：

王倩倩, 孫玥, 龍瑞雪, 等. 牛至精油基抑菌膜在生鮮寧夏灘羊肉保鮮中的應用[J]. 食品科學, 2026, 47(1): 249-257. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250725-207.

WANG Qianqian, SUN Yue, LONG Ruixue, et al. Application of oregano essential oil-based antibacterial film in the preservation of fresh Ningxia Tan sheep meat[J]. Food Science, 2026, 47(1): 249-257. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250725-207.

實習編輯：安宏琳；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

為系統提升我國食品營養與安全的科技創新策源能力，加速科技成果向現實生產力轉化，推動食品產業向綠色化、智能化、高端化轉型升級，由北京食品科學研究院、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，合肥工業大學、安徽農業大學、安徽省食品行業協會、安徽大學、合肥大學、合肥師范學院、北京工商大學、中國科技大學附屬第一醫院臨床營養科、安徽糧食工程職業學院、安徽省農科院農產品加工研究所、安徽科技學院、皖西學院、黃山學院、滁州學院、蚌埠學院共同主辦的“ 第六屆食品科學與人類健康國際研討會 ”，將于 2026年8月15-16日（8月14日全天報到） 在 中國 安徽 合肥 召開。

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