《食品科学》：合肥工业大学徐斐然副教授等：牛至精油基抑菌膜在生鲜宁夏滩羊肉保鲜中的应用

宁夏滩羊肉因肉质鲜嫩、低脂肪、少膻味以及丰富的氨基酸组成而深受消费者喜爱。然而，宁夏地区地处偏远且地形复杂，使得宁夏滩羊肉在长时间跨域运输过程中极易受到温度波动与湿度变化的影响。该环境将加速腐败菌的大量繁殖，同时引发蛋白质降解与脂质氧化反应，进而导致宁夏滩羊肉的劣化变质，降低其食用价值和经济价值。目前，传统的塑料薄膜包装因成本低廉、性能稳定在食品包装领域广泛应用，但其不可降解性已引发严重的环境危机。因此，开发多功能、友好型的生物基材料已成为亟需解决的问题。相比传统塑料薄膜包装，生物基材料不仅具有良好的环保特性，还能通过添加功能性成分（如抗菌剂）满足消费者对食品保鲜的需求。

牛至精油（OEO）是一种通过蒸馏或压榨等方法从牛至草中提取的常用抑菌剂，已被美国食品药品监督管理局（FDA）认定为公认安全（GRAS）物质。研究指出，OEO中的关键抑菌成分百里香酚和香芹酚，可通过分子结构中的羟基（—OH）与细菌细胞膜表面的磷脂结合，破坏细胞膜的完整性，导致细胞内容物流失，从而实现对细菌生长的有效抑制。此外，这些酚类化合物还能通过清除自由基和抑制脂质过氧化反应，表现出显著的抗氧化能力。在食品包装制备过程中，OEO作为食品添加剂和合成替代品的利用率得到了显著提高。Shen Yuping等发现在淀粉基薄膜体系中添加OEO后，材料的紫外-可见光屏蔽性能与抗氧化活性均得到显著增强；负载3% OEO的淀粉膜对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出最强的抗菌活性。因此，OEO作为天然活性组分在生鲜肉品的长时间跨域运输中具有广阔的保鲜应用前景。

明胶（GEL）作为胶原蛋白的部分水解产物，具有优异的成膜性、生物相容性和可降解性，是食品包装和生物医学领域中广泛应用的天然高分子材料之一。GEL分子链中含有大量的羟基、羧基和氨基，为化学修饰和物理交联提供了丰富的活性位点。角蛋白（KT）作为一种来源广泛（如羽毛、羊毛）的可再生天然材料，同样具备优异的成膜性、生物相容性和可降解特性，在生物薄膜领域展现出显著的应用潜力。近年来，KT基薄膜研究虽取得显著进展，但其固有的脆性高、易断裂、不透明等缺陷仍制约着实际应用范围，特别是在缺乏任何增塑剂的情况下。为此，研究者常借助共混与交联策略以改善其性能。GEL和KT复配，可在分子水平上借助氢键、静电相互作用等形成致密的网络结构，这不仅显著提升了薄膜的机械强度（如拉伸强度（TS））和柔韧性，而且增强了其耐水性和结构稳定性，解决了单一多糖或多糖-蛋白基质常见的机械性能弱或易湿损的难题。Habib等将KT与聚乙烯醇结合，成功开发了一种机械性能优良、热性能稳定的生物塑料薄膜。柠檬酸交联的KT基薄膜与纯KT基薄膜相比具有更高的TS，且其断裂伸长率（EB）由原来的69%提高到了209%。因此，本研究拟通过将GEL和KT结合并进行改性处理以改善聚合物薄膜的脆性，同时提升其机械强度、断裂韧性及耐水性能，从而增强薄膜网络结构的稳定性，以拓展该类材料在智能包装等领域的应用价值。

合肥工业大学食品与生物工程学院的王倩倩、孙玥、徐斐然*等人以OEO作为天然抑菌成分，以KT和GEL构成复合膜体系，辅以甘油为增塑剂、柠檬酸作为交联剂制备GEL/KT-OEO抑菌膜，系统表征该抑菌膜的物理性能、化学结构和抑菌活性，并评估其在生鲜宁夏滩羊肉保鲜中的实际应用效果，旨在为包括宁夏滩羊肉在内的西部特色生鲜肉品的长距离运输提供一种新型的保鲜技术方案，助力实现跨区域流通过程中的品质稳定与损耗控制。

01

GEL/KT-OEO抑菌膜的物理性能分析

1.1 透光率

在食品包装领域，适当的透光率对于保障食品品质至关重要。较低的透光率可能会影响食品包装的透明度，从而降低消费者的购买意愿；而过高的透光率可能会加速某些光敏性食品（如肉类或乳制品）的脂质氧化和维生素降解过程，缩短食品的保质期。因此，在实际应用中需权衡OEO的添加量以满足包装性能和视觉效果的需求。OEO添加量对GEL/KT-OEO抑菌膜透光率的影响如图1所示。未添加OEO时，GEL/KT-OEO抑菌膜主要由GEL和KT组成，其内部结构较为均匀，透光率相对较高，为（36.83±0.74）%。当OEO的添加量为10%时，GEL/KT-OEO抑菌膜的透光率为（36.20±0.31）%，仍处于较高水平。而当OEO添加量进一步增多时，薄膜中形成的油滴数量增多且尺寸增大，导致光线散射加剧，从而使透光率显著降低。

1.2 TS与EB

表1展示了不同OEO添加量的GEL/KT-OEO抑菌膜的TS与EB。随着OEO添加量从0%增加到20%，GEL/KTOEO抑菌膜的TS显著下降，从1.63 MPa降至0.15 MPa，降幅达90.8%。同时，EB呈现上升趋势，由80.48%增加至102.85%，增幅为27.8%。这种变化趋势表明，OEO的加入显著削弱了薄膜的机械强度，但增强了其延展性。当OEO添加量为10%时，TS和EB分别为（0.58±0.06）MPa、（82.53±2.73）%。OEO作为一种小分子物质，能够通过范德华力和氢键与GEL和KT中的极性基团相互作用，插入聚合物分子链之间，从而破坏膜内分子网络结构的连续性。因此，当薄膜受到拉力时，分子链更容易发生滑移和断裂，最终表现为薄膜的TS降低。OEO与蛋白质聚合物的相互作用导致薄膜的延展性增强，从而提高了GEL/KT-OEO抑菌膜的EB。Ribeiro-Santos等也发现，将OEO掺入乳清蛋白分离物薄膜中可以使其具有更好的延展性。

1.3 MC与WS

OEO添加量对GEL/KT-OEO抑菌膜MC与WS的影响如图2所示。随着OEO添加量的增加，GEL/KT-OEO抑菌膜的MC在10%～15%之间轻微浮动。这种少量的水分增加可能是由于OEO破坏了薄膜的网络结构，使得聚合物链之间的水分子增多。这一发现与Jouki等报道的相符，他们指出在榅桲种子黏液膜中添加OEO对水分含量的影响不大。OEO的加入对GEL/KT-OEO抑菌膜的WS产生了较大影响。随着OEO添加量的增加，GEL/KT-OEO抑菌膜的WS显著上升，加入20%的OEO后溶解度最高，达到68.89%。这是因为加入OEO后，蛋白质的分子链之间相互作用，使薄膜网络不稳定。Pires等发现，添加精油后鳕鱼蛋白可食用薄膜的WS显著增加，他们假设精油对蛋白质-蛋白质和蛋白质-甘油（增塑剂）相互作用具有抑制作用，添加精油后，薄膜内部网络结构的致密性下降，形成更为松散多孔的状态，同时使部分甘油从蛋白质基质中脱离出来，从而增强了膜对水分的敏感性和溶解性。综合来看，当OEO添加量高于10%时，WS急剧上升，可能导致膜的机械性能下降。因此，建议OEO的最佳添加量为10%，以在保持较低WS的同时实现良好的包装效果，此时，GEL/KT-OEO抑菌膜的MC为（14.31±0.49）%，WS为（48.98±0.69）%。

02

GEL/KT-OEO抑菌膜的抑菌性能分析

在肉品的贮运过程中，E. coli与S. aureus常常作为指示菌和模式菌被用以初步评估保鲜剂的广谱抗菌活性。本研究采用稀释涂布法测定含有不同含量OEO的GEL/KT-OEO抑菌膜的抑菌活性，结果如图3所示。将不含OEO的抑菌膜设为对照组，图3B、C显示，添加OEO的薄膜抑菌效果显著增加，且随着OEO含量的增加，薄膜对E. coli和S. aureus的抑制率均有所增大。含20% OEO的薄膜对两种菌均达到100%的抑制率。当OEO的添加量为10%时，薄膜对E. coli和S. aureus的抑菌率分别达（97.28±1.34）%、（99.67±0.33）%，虽然没有完全抑制两种菌的生长，但对两种菌的抑菌效果与OEO添加量为15%和20%的薄膜相比已无显著差异（P＜0.05）。Criollo-Feijoo等研究表明，在含有3% OEO的情况下，木薯淀粉基薄膜对E. coli和S. aureus的抑制效果非常有效，与本研究中10% OEO添加组所表现出的较高抑菌活性一致。需要说明的是，本研究的抑菌实验主要基于E. coli和S. aureus两种标准模式菌株，对保鲜膜的抗菌性能进行了初步评估，结果显示出良好的广谱抑菌潜力。然而，在实际低温贮藏过程中，肉品的腐败变质主要源于假单胞菌和热死环丝菌等嗜冷微生物。因此，后续研究拟系统针对上述特定腐败菌的抑菌动力学分析，并延长贮藏实验周期，以更准确评估该保鲜膜在实际应用中的效果与潜在价值。因此，综合考虑OEO添加量对GEL/KT-OEO抑菌膜透光率、TS、EB、MC、WS和抑菌能力的影响，后序将选择OEO添加量为10%进行表征实验和保鲜应用实验。

03

GEL/KT-OEO抑菌膜的表征

3.1 SEM

GEL/KT和GEL/KT-OEO的SEM图像如图4所示。GEL/KT和GEL/KT-OEO薄膜均保持了完整的表面形态，无明显裂纹或空洞，证明两者具有良好的成膜性能。然而，GEL/KT-OEO抑菌膜表面呈现出较为粗糙的不规则颗粒状结构，这可能是由于OEO的加入干扰了GEL和KT分子的铺展和排列，从而降低了晶体结构的致密性，使得GEL和KT分子之间的网络结构变得较为松散。这种变化可能降低薄膜的透明度（图1）并改变其机械性能。具体而言，较松散的网络结构可能导致TS下降，但同时可能增强薄膜的柔韧性，这与表1中GEL/KT-OEO抑菌膜的结果一致。总的来说，OEO与GEL/KT薄膜的良好复合性及晶体结构致密性的降低，与刘子聪等的研究结果一致。他们推测类似的现象可能是由于OEO的疏水成分破坏了蛋白质分子间的紧密堆积，而本研究进一步通过SEM观察验证了这一假设。

3.2 FTIR

GEL/KT和GEL/KT-OEO的FTIR谱图如图5A所示。OEO中含有香芹酚、百里香酚等酚类化合物，这些化合物的酚羟基（—OH）和甘油、GEL、KT中的醇羟基会在FTIR中表现为3 287 cm-1附近的吸收峰。酰胺B带位于2 860～2 955 cm-1处，主要对应C—H的伸缩振动。1 643 cm-1处对应C＝O、C＝C键的伸缩振动吸收峰，可能与GEL、KT中的酰胺I带和OEO中含有的烯类化合物相关。酰胺III带位于约1 034 cm-1处，对应C—O键的伸缩振动和O—H的伸缩振动，这些键都是随着甘油的添加而来。通过对比GEL/KT与GEL/KT-OEO的FTIR谱图可以看出，OEO的添加对GEL/KT-OEO抑菌膜的分子结构和官能团没有明显影响。

3.3 XRD

GEL/KT和GEL/KT-OEO的XRD谱图如图5B所示。通过对比发现，GEL/KT和GEL/KT-OEO的XRD谱图特征基本一致，未观察到新的特征峰出现，这一结果表明OEO没有和GEL或KT之间生成新的晶体结构。在2θ＝19.53°处存在的1 个较为陡峭的衍射峰，主要与GEL、KT分子链中存在的氢键和特定的氨基酸序列有关。加入OEO后，XRD谱图中主要衍射峰的强度轻微减弱，这种变化主要是由于OEO中的有机化合物干扰了GEL和KT分子链的有序排列，分子间无序性增大，从而降低了晶体结构的完整性和致密性。这也证明，OEO主要影响的是结晶度而非晶体结构。

3.4 TGA

从图6A可以看出，GEL/KT和GEL/KT-OEO质量损失均可划分为3 个阶段：第1阶段在50～100 ℃，这一阶段的质量损失主要是薄膜所含的自由水被蒸发导致；第2阶段在100～300 ℃，这一阶段的质量损失主要由GEL和甘油的低分子蛋白降解以及OEO的主要成分如γ-萜品烯的热解引起；300 ℃以上为第3阶段，该阶段的质量损失主要与OEO中稳定性较强的芳香结构，以及膜中大分子物质的降解有关。在0～300 ℃，GEL/KT-OEO的质量损失率低于GEL/KT，表明OEO的添加在一定程度上提升了膜的热稳定性，这可能是由于OEO分子填充到蛋白质分子的空隙中，在一定程度上阻碍了热量的内部传递和降解产物的扩散。此外，由图6B可知，GEL/KT的最大热降解速率在温度220.95 ℃时出现，而GEL/KT-OEO的最大热降解速率的温度为241.57 ℃，进一步印证了OEO对GEL/KT热稳定性的提升作用。薄膜在100 ℃条件下的质量损失百分比可以用来估计薄膜的吸湿率，这是食品包装应用中的一个重要参数，因为薄膜上吸附的水分可以促进细菌生长，从而对食品质量产生不利影响。从图6A局部放大图可以看出，GEL/KT膜在100 ℃时的质量损失约为6%，而GEL/KT-OEO膜的质量损失小于4%，表明GEL/KT-OEO膜的吸湿率显著降低。

04

GEL/KT-OEO抑菌膜在宁夏滩羊肉中的保鲜应用

4.1 感官评价

在4 ℃条件下贮藏9 d期间宁夏滩羊肉的实物外观如图7A所示，各组样本在贮存9 d后的感官评分如图7B所示。在本研究中，如果宁夏滩羊肉的各项感官评分均低于5 分时，则认为不可接受。在初始时，宁夏滩羊肉表现为粉红色、有光泽、富有弹性、无黏性、无异味。在贮藏3 d后，空白组和PE保鲜膜包覆组宁夏滩羊肉的颜色变黄褐色，开始失去弹性，GEL/KT-OEO抑菌膜包覆的宁夏滩羊肉则无明显变化。在贮藏5 d后，空白组的宁夏滩羊肉开始出现异味，表面发黏严重且水分较多，在总体感官上已不能接受，PE保鲜膜包覆组宁夏滩羊肉在贮藏7 d后达到不可接受程度。在贮藏9 d后，GEL/KT-OEO抑菌膜包覆的宁夏滩羊肉的肉色深暗且弹性几乎消失，但表面无黏液、无明显异味，评分高于另外两组，整体可接受度较高。结果表明，在4 ℃冷藏过程中GEL/KT-OEO抑菌膜能够有效减缓蛋白、脂肪的氧化酸败速率，抑制腐败微生物的生长繁殖，并且能够有效阻隔宁夏滩羊肉与空气直接接触，从而延缓其色泽和弹性的劣变，减少黏液和异味的产生，推迟宁夏滩羊肉腐败的时间。

4.2 pH值

在贮藏期间，宁夏滩羊肉的pH值变化情况如图7C所示。宁夏滩羊肉的初始pH值为5.89，随着贮藏时间的延长，各组宁夏滩羊肉的pH值均出现上升的趋势。这是因为宁夏滩羊肉在腐败过程中，微生物与蛋白水解酶联合作用，将蛋白质分解成肽和氨基酸等碱性化合物，从而使pH值升高。根据评定标准，肉类pH值在5.8～6.2之间为新鲜，pH 6.2～6.6为次新鲜，而pH值超过6.7则视为变质肉。PE保鲜膜包覆与GEL/KT-OEO抑菌膜包覆的宁夏滩羊肉的pH值上升速度显著低于空白组。在贮藏5 d后，无膜包覆的宁夏滩羊肉pH值达到6.71，已经处于变质状态，而PE保鲜膜、GEL/KT-OEO抑菌膜处理的宁夏滩羊肉的pH值分别为6.52和6.19，分别处于次新鲜和新鲜状态。在贮藏7 d后，PE膜和GEL/KT-OEO抑菌膜包覆的宁夏滩羊肉的pH值分别为6.89和6.73，均发生了变质。这说明采用包覆处理能够有效阻隔氧气、抑制微生物的生长繁殖、延缓宁夏滩羊肉的腐败过程。同时，GEL/KTOEO抑菌膜进一步增强了抑菌作用，成功将宁夏滩羊肉的保质期延长了2 d。

4.3 TVB-N值

在贮藏期间，宁夏滩羊肉的TVB-N值变化情况如图7D所示。宁夏滩羊肉的初始TVB-N值为8.21 mg/100 g，随着贮藏时间延长，空白组和PE保鲜膜包覆、GEL/KT-OEO抑菌膜包覆处理的宁夏滩羊肉的TVB-N值均逐渐增加。TVB-N值是衡量肉类腐败程度的重要指标，根据其数值可将宁夏滩羊肉的品质分为3 个等级：新鲜级（＜15 mg/100 g）、次新鲜级（15～25 mg/100 g）和腐败级（＞25 mg/100 g）。在贮藏5 d后，空白组和PE保鲜膜包覆的宁夏滩羊肉的TVB-N值分别达到21.42 mg/100 g和17.87 mg/100 g，均处于次新鲜级，而GEL/KT-OEO抑菌膜包覆的宁夏滩羊肉的TVB-N值仍低于新鲜级阈值。在贮藏7 d后，空白和PE保鲜膜包覆的宁夏滩羊肉的TVB-N值分别达到30.28 mg/100 g和26.57 mg/100 g，进入腐败期。GEL/KTOEO抑菌膜包覆的宁夏滩羊肉此时处于次新鲜级，即将进入腐败期，表明GEL/KT-OEO抑菌膜可显著抑制腐败微生物的生长，进而降低微生物分解宁夏滩羊肉非蛋白含氮化合物的能力。

4.4 TBARS值

在贮藏过程中，肉制品易发生脂质氧化，其氧化产物会在微生物和多种酶的作用下被分解生成醛（丙二醛）、酮、脂肪酸等低分子质量化合物。其中，丙二醛可与硫代巴比妥酸反应生成粉红色物质，这一反应结果可间接反映肉类的脂质氧化程度。一般认为TBARS值为0.5 mg/kg是人们能感知到的最低酸败值。由图7E可知，宁夏滩羊肉的初始TBARS值为0.17 mg/kg，随贮藏时间延长，各组TBARS值呈现逐渐上升的趋势。贮藏5 d后，空白组的宁夏滩羊肉已达到人们能感知的酸败程度，TBARS值为0.87 mg/kg，而膜包覆的宁夏滩羊肉的TBARS值均低于0.5 mg/kg。在贮藏7 d后，PE保鲜膜包覆的宁夏滩羊肉的TBARS值为0.99 mg/kg，GEL/KT-OEO抑菌膜包覆的宁夏滩羊肉的TBARS值为0.53 mg/kg，显著低于PE组的TBARS值（P＜0.05）。这表明GEL/KT-OEO抑菌膜可显著抑制宁夏滩羊肉的脂质氧化，将其保鲜期延长至7 d。

05

结论

本研究成功制备了GEL/KT-OEO抑菌膜。结果表明，当OEO添加量为10%时，GEL/KT-OEO抑菌膜表现出最佳的力学性能和抑菌效果，对E. coli和S. aureus的抑制率均超过97%。在4 ℃贮藏条件下，该抑菌膜能有效延缓宁夏滩羊肉的pH值上升、抑制TVB-N和TBARS的生成，并将宁夏滩羊肉的保质期延长至7 d，保鲜效果优于空白组与PE保鲜膜组。综上，GEL/KT-OEO抑菌膜在生鲜肉品保鲜包装领域具有良好的应用前景，可为西部地区特色肉品的长时间跨域运输提供有效技术支撑。然而，本研究仍存在一些不足之处，例如尚未评估该膜对假单胞菌等常见嗜冷菌的抑制作用，也未开展系统的成本效益分析，这些将作为后续研究的重要内容予以推进。

作者简介

通信作者

徐斐然， 合肥工业大学食品与生物工程学院副教授、博士生导师，江南大学食品科学与工程专业博士，美国伊利诺伊大学-厄巴纳香槟分校访问学者，入选第七届中国科协“青年人才托举”工程项目，安徽省留学人才，《Food Science and Human Wellness》杂志青年编委。主要从事食品功能因子、肉品加工与保鲜、食物资源高值化利用研究。授课课程"微生物学"获第三批国家级一流本科课程，主要完成人获省部级科技进步二等奖1 项，主持国家自然科学基金、“十四五”国家重点研发计划项目子课题，安徽省自然科学基金等项目10余项，受邀在国际、国内学术会议做分会场报告5 次。迄今在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》《Food Chemistry》《Food and Function》《食品科学》等杂志上发表高水平论文40余篇（其中ESI高被引论文2 篇），授权美国发明专利、国家发明专利、实用新型专利20余件，参编外文学术著作1 部、国家级教材1 部，指导硕士研究生2 名获2024年度国家奖学金。

引文格式：

王倩倩, 孙玥, 龙瑞雪, 等. 牛至精油基抑菌膜在生鲜宁夏滩羊肉保鲜中的应用[J]. 食品科学, 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.

实习编辑：安宏琳；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽农业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、安徽省农科院农产品加工研究所、安徽科技学院、皖西学院、黄山学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到） 在 中国 安徽 合肥 召开。

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