柠檬精油纳米微乳液柑橘保鲜效应研究

柠檬精油纳米微乳液柑橘保鲜效应研究

 

摘要：为探讨柠檬精油应用于柑橘保鲜的具体效果，以砂糖橘为研究对象，制备了柠檬精油纳米微乳液，并设置了微乳液、乳酸钠、微乳液/乳酸钠以及咪鲜胺等处理组，开展了对砂糖橘保鲜效果的评价。结果表明，柠檬精油对意大利青霉的抑制效果明显，其半抑制浓度（EC50）为77.03μL/mL；通过低能乳化法制备了柠檬精油纳米微乳液，微乳液的粒径为100.02nm，且常温下贮藏60d粒径变化较小，贮藏稳定性好；对砂糖橘的保鲜效果表明，微乳液与乳酸钠的复配可以显著降低果实的发病率，与常用杀菌剂咪鲜胺效果相近。经微乳液/乳酸钠处理过的砂糖橘在外观、营养品质及含水量等方面均好于对照组。

 

砂糖橘以鲜食鲜销为主，采后贮存运输过程中极易腐烂变质，带来经济损失[1]。真菌病原体的感染被认为是砂糖橘在储存和运输过程中腐烂的主要原因。这主要是由意大利青霉侵染导致[2]。目前控制砂糖橘采后病害常用的手段是通过低温结合化学保鲜剂为主。虽然许多杀菌剂被不断用于控制各种采后病害，但由于过量重复使用导致耐药菌株的出现，使得它们的使用日益受到限制[3]。

 

植物精油是由植物中提取的各种具有挥发性的脂溶性物质的总称，越来越多的研究表明，精油及其化学成分具有多种生物活性，具有广谱抑菌活性，在保障食品安全方面发挥着重要作用[4]。然而精油的疏水性限制了其作为常规保鲜剂的应用[5]。

 

纳米技术是一种快速发展的技术，广泛应用于生物活性制剂的制备，通过乳化剂的乳化作用包埋精油能够有效改善精油溶解性问题[6]，由于纳米乳液液滴体积小，表面积与体积比的增加使其生物活性随着纳米尺寸的减小而提高，这促进了它们对生物膜的渗透，因此植物精油微乳液表现出更好的稳定性与抗菌活性。本研究以砂糖橘为试验材料，通过制备柠檬精油微乳液探究其针对砂糖橘的保鲜效果，以期开发绿色安全的柑橘保鲜剂。

 

1材料与方法

 

1.1试验材料与试剂

 

砂糖橘采购于广州从化区果园，选择成熟度一致、大小均匀、无病虫害和机械损伤的果实。意大利青霉来自实验室分离鉴定后保存菌株。

 

使用的试剂：无水乙醇、吐温80（5%）、乳酸钠由天津市永大化学试剂有限公司提供，柠檬精油由吉安诚祥香料有限公司提供，咪酰胺由湖北实顺生物科技有限公司提供。

 

1.2仪器与设备

 

使用的仪器设备：磁力搅拌器（85-1A，China）、纳米粒度仪（Zetasizernano-zs90，UK）、手持式糖度计（PAL-BXIACID1，Japan）、果实硬度计（GY-4，Ger-many）。

 

1.3试验方法

 

1.3.1精油抑菌效果。采用菌丝生长法测定柠檬精油对意大利青霉的半抑制浓度[7]。将精油添加到PDA培养基[0.2kgPDA（1L），15g/L琼脂]中。培养基板含有吐温80（5%）和不同浓度的精油（0.4mg/mL、0.2mg/mL、0.1mg/mL、0.05mg/mL、0.025mg/mL和0.0125mg/mL）。将柑橘青霉菌菌饼（直径8mm）放置于精油培养基中央。不含精油的培养基作为对照。培养时间为对照组菌丝长满平板为止。测量试验组的菌丝生长直径，并计算EC50。

 

1.3.2微乳液制备。根据低能乳化法制备精油微乳液[8]，在烧杯中以1∶9~9∶1的质量比混合精油和水。同时，将助表面活性剂短链醇（乙醇）与表面活性剂吐温80（1∶2.5）混合，得到复合表面活性剂。通过添加并搅拌复合表面活性剂对油水混合物进行滴定。由浊变清表明微乳液的形成。

 

1.3.3微乳液的表征。将微乳液用蒸馏水稀释250倍，使用纳米粒度仪（Zetasizernano-zs90，UK）测定微乳液样品中的粒度和分布。在室温条件下通过将微乳液放置60d来评估微乳液稳定性。每15d定期测量样品的液滴大小、PDI。

 

1.3.4砂糖橘保鲜试验。果实用清水冲洗1min，晾干后分为5组，重复3次。试验组分别用乳酸钠（T1）、0.2%（V/V）的精油微乳液（T2）、微乳液+乳酸钠（T3）处理5min。阳性对照组和空白对照组分别用0.2%咪鲜胺（T4）和清水（CK）处理。干燥后，将果实储存在25℃和90%的相对湿度下，每隔4d对水果进行定期成像。

 

1.3.5发病率、失重率测定。使用电子天平每隔4d称量砂糖橘质量，计算失重率，同时取样观察并记录果实发病情况。

 

1.3.6品质分析。砂糖橘榨汁后8000g离心2min，取上清液摇匀，采用PAL-BXIACID1糖度计测定果汁的可溶性固形物和可滴定酸含量。

 

1.4数据处理

 

采用SPSS26.0统计软件进行数据统计，运用典型相关分析法比较显著性差异，显著水平为P＜0.01。所得的数据用ORIGIN2021绘图。

 

2结果与分析

 

2.1精油抑菌效果

 

柠檬精油在前期试验中已被证明其有良好的抗菌活性，图1揭示了柠檬精油的浓度依赖性抑制作用，随着精油浓度的提高，意大利青霉生长受到的抑制作用越强。其半数有效浓度为77.03μl/mL。

 

2.2柠檬精油微乳液的制备与表征

 

2.2.1微乳液的制备。图2显示了以吐温80为表面活性剂形成的微乳液，三元相图的左下角显示了乳液形成区域。吐温80表现出较强的乳化能力，乳化区面积为25.40%。

 

 

2.2.2乳液的表征。由图3可知，微乳液主要由粒径100.02nm的颗粒组成。粒径是影响精油微乳液活性的重要因素之一。通常，微乳液的粒径分布在10~500nm之间，这表明微乳液是在有利的条件下制备的，产生了一个稳定的小颗粒体系。

 

由图4可知，微乳液在常温储存期间，其粒径、PDI逐渐增加，在60d内微乳液粒径增长了30%左右，但整体粒径仍维持在150nm以下，具有较好的稳定性。

 

2.3微乳液对砂糖橘保鲜效果评价

 

2.3.1发病率的测定。图5显示了贮藏20d后砂糖橘的发病情况。



由图6可知，不同处理之间砂糖橘的发病率存在显著差异。CK组的发病指数上升最明显，在储藏第20d时高达65.56%，其中T3处理组发病率最低，但与T4处理组相比差异不显著。各个处理组发病率与CK组的发病率均存在显著差异。

 

2.3.2硬度、失重率的测定。由图7可知，整个贮存过程中砂糖橘失重率不断上升，从贮藏第8d开始，CK与T4处理组的失重率急剧上升，在贮藏结束时空白对照组的失重率超过10%，而T3处理组失重率在2%以下。由图8可知，在贮藏过程中果实硬度呈现明显下降趋势，与对照组相比，各个处理均能有效维持砂糖橘果皮硬度。贮藏后期空白对照组果皮硬度急剧下降，这可能导致其对病菌的抵抗能力下降，更容易感染真菌病害。

 

2.3.3可溶性固形物的测定。由图9可知，在整个贮藏期间可溶性固形物含量随着贮藏时间的延长呈先上升后下降的趋势，前8d各组处理都存在可溶性固形物含量上升阶段，这是贮藏过程中果实后熟的标志。在第8d后，沙糖橘可溶性固形物含量均呈下降趋势。从整个贮藏过程可知，T3处理组降低了沙糖橘在贮藏过程中的代谢活动，在第20d仍维持较高的可溶性固形物含量。

 

2.3.4可滴定酸的测定。由图10可知，沙糖橘的可滴定酸在整个贮藏过程中均呈现逐渐下降的趋势，微乳液/乳酸钠处理有效减缓了可滴定酸的消耗，CK组的可滴定酸下降得最快，T3处理组在贮藏结束时可滴定酸含量最高，说明T3组的保鲜效果最佳，能够有效保持果实的风味。

 

3讨论与结论

 

3.1讨论

 

微乳液由不同比例的水相、油相，以及表面活性剂和助表面活性剂等物质，用物理、化学的方法混合而成的非热力学稳定体系，可有效提高生物活性物质的抗菌、抗氧化特性，延长持效期等[9]。由于微乳液体系在提高植物精油的利用率、稳定性和功效方面具有广阔的前景受到研究者的关注。Zhang等[10]通过纳米乳化薄荷精油得到100nm的微乳液提高蓝莓采后保鲜效果，发现微乳液处理能够有效降低果实腐烂率，并且对蓝莓花青素与可溶性固形物含量的保留存在积极作用。

 

本试验结果表明，微乳液处理有效抑制了柑橘贮藏过程中采后病害的发生。其原因可能有以下3点：

 

①与其他酚类物质相似，植物精油通常可以通过造成细胞质膜的紊乱，使膜结构遭到破坏而损伤，进而杀死病原菌[11]。纳米尺寸的精油微乳液更容易穿透细胞膜，对采后病原菌的抑制效果更加明显。

 

②果实中的水分含量会直接影响到果实的外观、内部结构和生理特性，以及对微生物的耐受度[12]，水分子的流失是果实发生生物降解和化学变化的重要参数之一。微乳液处理降低了沙糖橘水分的流失，这对于果实抵抗逆境及真菌侵染有积极作用。

 

③沙糖橘果实中的有机酸是呼吸作用的底物，果实在保鲜过程中有机酸含量的变化在一定程度上反映出细胞代谢的强度[13]。微乳液处理后沙糖橘有机酸含量变化较小，说明其代谢水平较低，这对于采后贮藏是有利的。

 

 

3.2结论

 

本研究通过低能乳化法制备柠檬精油纳米微乳液，并应用于沙糖橘保鲜，发现微乳液配合乳酸钠能显著降低沙糖橘在贮藏过程中的发病率，贮藏20d后发病率仅为25.56%，在果实硬度、含水量、可溶性固形物等风味物质的维持方面有着积极的作用。并且，与生产上常用的化学保鲜剂咪鲜胺相比，微乳液的保鲜效果也更加明显。综上所述，柠檬精油纳米微乳液能够降低果实贮藏过程中的代谢作用，具有较好的抑菌作用，因此，在沙糖橘保鲜应用中有良好的效果。同时，植物精油微乳液具有良好的安全性和稳定性，在水果保鲜方面具有广泛的应用潜力。