《Food and Bioprocess Technology》：Pinh?o Starch-Based Cryogels with Oregano Essential Oil for Antifungal Active Food Packaging
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本研究针对精油疏水、易挥发和不稳定的应用瓶颈，创新性地利用松子淀粉构建冷冻凝胶载体，通过物理交联技术包埋牛至精油（OEO），显著提升了精油的热稳定性（降解温度从186.1°C提高至320°C）并赋予其持续释放特性。研究证实负载15%和25% OEO的冷冻凝胶对Penicillium crustosum和Aspergillus flavus具有完全抑制效果，且材料具备高吸水能力（>1190%）和宏观多孔结构，为开发可持续活性食品包装提供了新策略。
在全球食品供应链中，真菌污染导致的腐败问题日益突出，据估计每年约20-30%的果蔬因采前采后真菌感染而损失，在热带地区这一比例甚至高达50%。传统化学防腐剂存在安全性和环境残留隐患，而天然抗菌剂如植物精油虽具有广谱抑菌性，却因挥发性强、稳定性差难以直接应用。牛至精油（Oregano Essential Oil, OEO）的主要活性成分香荆芥酚（carvacrol）含量达69.22%，对常见腐败真菌如赭曲霉（Aspergillus flavus）和皮壳青霉（Penicillium crustosum）有显著抑制效果，但其在实际应用中仍面临控释难题。
为突破这一技术瓶颈，研究团队以巴西本土作物南洋杉种子提取的松子淀粉（pinh?o starch）为基质，通过凝胶化、冻融循环和冷冻干燥工艺，开发出负载OEO的物理交联型冷冻凝胶。该研究旨在通过材料学与食品科学的交叉创新，构建一种兼具高效吸水能力和持续抑菌功能的活性包装材料，为减少食品浪费提供可持续解决方案。相关成果已发表于《Food and Bioprocess Technology》。
本研究的关键技术方法包括：通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析OEO化学成分；采用扫描电镜（SEM）观察冷冻凝胶的多孔结构；利用热重分析（TGA）评估材料热稳定性；通过体外抑菌实验（包括纸片扩散法和微气氛法）测定抗真菌活性；并借助质构分析仪测定机械性能。所有实验均设三次重复，数据采用STATISTICA软件进行方差分析。
形态结构与物理性能
扫描电镜显示，所有冷冻凝胶均呈现典型三维大孔结构，孔径分布均匀（124-162 μm）。添加OEO后，凝胶密度从0.086 g/cm3增至0.092 g/cm3以上，孔隙率由88.3%微降至87.4%，表明OEO部分填充了孔隙但未破坏整体贯通性。冷冻凝胶的吸水能力高达1300%，负载OEO后仍维持1190-1206%，显著高于文献报道的玉米淀粉基材料（541-731%）。机械性能测试表明，OEO的添加使凝胶硬度增加、粘弹性下降，但仍保持适宜包装需求的柔韧性。
热稳定性与化学相互作用
热重分析证实，游离OEO在186.1°C开始分解，而嵌入凝胶后分解温度升至320°C，第三阶段降解峰出现在396.9-402.7°C，说明淀粉与OEO通过氢键和范德华力形成稳定复合物。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）在1603 cm?1处检测到C=C键特征峰，且OEO负载凝胶在3475-2954 cm?1出现酚羟基伸缩振动峰，证实OEO成功固定于凝胶网络。
抑菌效能与机制
微气氛实验表明，负载15%和25% OEO的冷冻凝胶对两种真菌均实现100%生长抑制。纸片扩散法显示，2 μL OEO对P. crustosum和A. flavus的抑菌圈直径分别达17.39 mm和15.56 mm，显著高于抗菌活性阈值（12 mm）。这种协同抑菌效应源于冷冻凝胶的多孔结构延缓了OEO挥发，并通过持续释放香荆芥酚破坏真菌细胞膜完整性。
结论与展望
本研究成功构建了松子淀粉-OEO冷冻凝胶体系，解决了精油易挥发的应用瓶颈，显著提升了热稳定性和控释能力。该材料兼具高吸水性与强抑菌性，可用于高水分食品（如肉类、奶酪）的活性包装，通过吸收汁液并释放抗菌成分双向延长货架期。未来研究可聚焦于凝胶在真实食品体系中的效能验证及工业化放大工艺优化，为生物基活性包装材料的开发提供新范式。
