综述：利用细菌纤维素和肉桂精油制成的活性包装来延长储存食品的保质期：作用机制、稳定性及保鲜效果

《Journal of Stored Products Research》：Preservation of stored food products via bacterial cellulose-cinnamon essential oil active packaging: Mechanisms, stability, and shelf-life efficacy

　　伊拉·德斯里·拉赫米（Ira Desri Rahmi）| 阿夫里纳尔·菲尔曼达（Afrinal Firmanda）| 迪安·普拉玛纳·普特拉（Dian Pramana Putra）| 法拉·法赫玛（Farah Fahma）| 伊·瓦扬·阿纳塔（I Wayan Arnata）| 德维·萨蒂卡（Dewi Sartika）| 阿达·潘卡·瓦尔达努（Adha Panca Wardanu）| 埃卡·特里瓦胡尤尼（Eka Triwahyuni）| 奥利维亚·邦加·庞古图鲁兰（Olivia Bunga Pongtuluran）
印度尼西亚帕当安达拉斯大学（Universitas Andalas）农业技术学院农业工业技术系，邮编25166

**摘要**
肉桂精油（CEOs）的低极性本质上限制了其在亲水性基材（BC）中的生物活性和热力学相容性。本研究综述了皮克林乳液（Pickering emulsion, PE）系统作为一种前沿策略，用于缓解CEOs在食品活性包装应用中的挥发性和溶解度限制。BC作为颗粒稳定剂，通过在CEOs/水界面进行不可逆吸附，帮助形成具有刚性物理屏障的复合材料。各种纳米结构BC的立体阻碍控制了稳定性机制，使乳液能够有效抵抗食品基质系统中的pH值和离子强度等环境变化。抑制液滴聚合并延缓奥斯特瓦尔德熟化（Ostwald ripening）过程，可产生热力学稳定的乳液。将其整合到聚合物基质中，通过分子间氢键网络和自由体积填充来增强结构强度，从而改善基材的连续性、增强机械性能并建立曲折的扩散路径。紧凑结构、增加的表面疏水性和生物活性的协同效应已被证明能有效抑制水蒸气渗透和阻挡紫外线辐射，这两者对于保护敏感营养物质的完整性至关重要。此外，PE还控制了CEOs分子的持续释放，从而延长了抗氧化和抗菌活性。结合BC和CEOs，提供了一种高性能、可生物降解的材料平台，用于加速可持续的食品活性包装发展。

**引言**
纤维素是一种常用的生物聚合物，作为食品活性包装的主要基质和载体。这种现代包装方法不仅起到被动屏障的作用，还能与内部环境主动相互作用，抑制微生物生长并减缓食品变质。纤维素可从木质纤维素植物中提取，或通过微生物分泌合成。由微生物合成的纤维素（称为细菌纤维素，BC）比植物基纤维素聚合物更纯净，并具有纳米级网络特性。作为包装基材，BC因其出色的机械强度、固有的生物降解性和与多种生物活性添加剂的良好相容性而具有吸引力。这些优势使得纯化过程中使用的化学物质最少，从而实现更高效和经济的制造过程。此外，BC的纳米级结构赋予了其优于传统纤维素材料的优异功能特性。预计到2032年，BC的全球市场价值将达到7500亿美元（de Souza Ferreira等人，2025年）。

BC是理想的基质-纳米填料复合材料，适用于将生物活性成分整合到食品活性包装中。作为增强剂，BC显著提高了复合包装结构的机械强度。然而，其高亲水性限制了其作为防潮和阻隔水蒸气的屏障能力——这是食品保存中的关键参数。BC表面丰富的羟基（-OH）也阻碍了其在疏水性基质或低极性分子中的均匀分散。其固有特性持续影响界面相互作用和材料结构密度，最终调节机械强度和屏障效率。此外，BC缺乏抗菌和抗氧化等内在生物活性，而这些活性对于减缓变质、氧化以及由不良反应产生的有毒化合物的形成至关重要。

食品活性包装可以保护营养物质免受水蒸气、氧气、紫外线辐射以及热和机械应力的影响，从而防止食品受到微生物和化学污染（Sharma等人，2021年）。多种生物活性化合物，如姜黄素（Ar等人，2026年）、茶提取物（Gan等人，2026年；Li等人，2026a，2026b年）、没食子酸（Rahmawati等人，2024年）、姜提取物（Mahardika等人，2025年）、维生素E（Pramana等人，2025年）、阿魏酸（Firmanda等人，2026年）、木质素（Arnata等人，2024年，2026年）和木质素磺酸盐（Sartika等人，2025年；Chen等人，2025a，2025b年）已被用于合成多功能活性包装。这些化合物可以装载或结合到BC基质中，形成功能性包装单元。特别是肉桂精油（CEOs），作为食品保存中的植物代谢物具有巨大潜力。根据植物年龄的不同，CEOs的产量约为336至577公斤/公顷/年（Fajar等人，2019年）。它们富含酚类化合物，具有重要的抗菌和抗氧化作用，可提升食品系统的包装性能（Zhang等人，2023年）。然而，它们的低极性和高挥发性在水基食品保存应用中带来了挑战。同时，其疏水性限制了在其他食品活性包装基质中的分散，需要特定的配方策略来优化其生物活性。

现有文献的一个主要空白是缺乏关于BC和CEOs在食品活性包装中整合的全面讨论。虽然之前的研究已经详细探讨了这些物质的单独稳定性或机制，但缺乏系统分析它们结合对包装性能的影响。通过固体颗粒稳定的PE的形成是提高其在包装基质中生物活性和相容性的有效途径。通常，PE由两种不相溶的液体组成，由无机或有机固体颗粒稳定（de Carvalho-Guimar?es等人，2022年）。与传统乳液系统不同，PE具有更好的长期稳定性、高抗聚结性（油滴聚集）、低毒性和良好的生物相容性，使其在商业应用中极具前景（Pan等人，2023年；Souza等人，2022年；Sun等人，2022年；Gan等人，2026年）。在这种情况下，BC由于其独特的纳米级尺寸、两亲性质和多种功能特性，有效充当颗粒稳定剂（Qin等人，2023年）。通过将BC不仅作为结构基质，还作为功能稳定剂，这种方法从根本上重新设计了材料的界面特性，并减少了对合成表面活性剂的依赖。传统液体表面活性剂仅通过移动分子单层降低界面张力来稳定乳液，而BC的固体颗粒性质在油水界面提供了高脱附能量屏障，形成了围绕液滴的刚性连续物理网络。与仅位于界面而没有结构功能的表面活性剂不同，BC具有双重作用：在乳化过程中作为皮克林稳定剂，随后成为最终包装膜中的增强生物聚合物基质或纳米填料的一部分。这种双重功能在传统表面活性剂系统或基本的BC/CEO混合物中不存在，后者缺乏相互连接的界面框架，导致油蒸发缓慢和基质整合不均匀。在这些PE系统中封装和输送CEOs分子已被证明可以增强其保持食品保质期和营养完整性的效果（Chen等人，2024a）。将疏水分子整合到这些乳液系统中显著优化了食品活性包装特性，如降低水蒸气渗透性（WVP）和溶解度，同时提高抗氧化和抗菌能力（Niro等人，2021年；Romulo等人，2024年）。

将CEOs整合到纤维素生物聚合物基质中在食品活性包装设计中受到了广泛关注（De Farias等人，2025年）。将它们或其乳液（EOs/BC-PE）结合到薄膜和涂层材料中，产生了具有显著增强物理化学和生物特性的复合材料。它们的相互作用调节了材料的固有特性，这对于保持食品的营养成分至关重要。因此，本文从CEOs和BC整合的角度回顾了食品活性包装的发展现状，并评估了它们的性能。此外，还讨论了EOs/BC-PE的功能特性和未来研究的建议。

为了全面和及时评估科学领域的发展，我们在Scholar数据库中进行了系统搜索，针对特定关键词组合进行了搜索，如“细菌纤维素 肉桂精油”、“细菌纤维素 肉桂精油乳液”和“细菌纤维素 肉桂精油包装”。结果仅包括2020年至2025年间发表在Scopus索引期刊上的文章，确保数据反映了该时期的最新发展和趋势。还使用了其他相关文献来支持理论框架。

**部分摘录**
**用于食品保存的CEOs**
CEOs是从肉桂属植物中蒸馏出的具有独特风味和香气的疏水性挥发油。挥发性化合物的组成因具体物种和植物成熟度而异（Wang等人，2009年；Fajar等人，2021年）。化学上，CEOs主要由(E)-肉桂醛组成，其浓度范围为68.30%至92.40%（Zhang等人，2016年；Behbahani等人，2019年；Fajar等人，2019年）。其他显著的次要成分包括芳樟醇（约7.00%）。

**BC的特性**
BC是由细菌合成的纳米级多糖，具有相互连接的纤维网络，包括高纯度的纤维素纳米纤维。与纤维素类似，BC由β-D-吡喃糖单体通过β-1,4-糖苷键连接而成（Cazón和Vázquez，2021年）。BC可以从葡萄糖和其他营养物质合成，并通过A. xylinum、K. europaeus、K. intermedius等物种转化为纤维素膜。这种生物聚合物表现出高...

**CEOs和BC的皮克林乳液**
CEOs具有高挥发性和低水溶性，这限制了其在食品保存中的效果。为了缓解这些限制，已经开发了一些使用载体介质的封装创新来优化生物活性和应用效率。EOs的封装策略包括多种方法，如乳液系统、离子凝胶化、喷雾干燥、包合物形成、脂质体、复合共沉淀和电纺（Zhang...）

**机械性能**
机械性能对于减轻运输和储存过程中的物理损伤至关重要。将CEOs/BC-PE整合到壳聚糖基质中显著提高了机械性能，拉伸强度提高了51.24%，EAB提高了28.79%（Chen等人，2025a，2025b）。从纯壳聚糖到壳聚糖-BC再到壳聚糖-CEOs薄膜的转变，拉伸强度（28.53 MPa至38.34 MPa）和EAB（29.70%至34.44%）呈现出一致上升趋势。

**水果和蔬菜产品**
水果和蔬菜容易受到微生物、氧气、水蒸气和其他环境因素的影响而受损和营养流失。这些因素影响反应、酶活性和代谢，从而改变食品的营养组成（Chen等人，2025a；2025b）使用装载了CEOs/BC-PE的壳聚糖薄膜来保存核桃。该复合材料有效减少了营养流失，延缓了脂质氧化，并抑制了与褐变相关的酶活性...

**未来挑战**
BC和CEOs在食品活性包装设计中的协同关系代表了最近的一项突破，增强了食品安全标准（图6）。使用BC作为PE稳定剂和聚合物基质，可以形成多功能复合材料，有效延长动物和园艺食品的保质期。作为CEOs载体的PE系统提供了竞争优势，如防止挥发性化合物降解、持续释放活性成分...

**结论**
本综述有效地综合了当前关于结合BC和CEOs进行结构设计和功能特性的食品活性包装的研究。它直接解决了原始BC的高亲水性和CEOs的高挥发性和低极性等关键问题。通过使用改良的BC形式，如BCNC和TOBC作为PE系统中的固体稳定剂，克服了油水分离和快速生物活性蒸发的固有难题，无需人工...

**作者贡献声明**
伊拉·德斯里·拉赫米（Ira Desri Rahmi）：概念化、资金获取、撰写——初稿。
阿夫里纳尔·菲尔曼达（Afrinal Firmanda）：概念化、撰写——初稿。
迪安·普拉玛纳·普特拉（Dian Pramana Putra）：资源提供、撰写——审阅与编辑。
法拉·法赫玛（Farah Fahma）：监督、验证。
伊·瓦扬·阿纳塔（I Wayan Arnata）：调查、监督。
德维·萨蒂卡（Dewi Sartika）：数据管理、项目管理。
阿达·潘卡·瓦尔达努（Adha Panca Wardanu）：可视化、撰写——审阅与编辑。
埃卡·特里瓦胡尤尼（Eka Triwahyuni）：资源提供、撰写——审阅与编辑。
奥利维亚·邦加·庞古图鲁兰（Olivia Bunga Pongtuluran）：数据管理...

**利益冲突声明**
作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

**致谢**
作者感谢1）安达拉斯大学（Universitas Andalas），2）印度尼西亚教育奖学金（Beasiswa Pendidikan Indonesia, BPI），3）印度尼西亚高等教育、科学和技术部的高等教育资助与评估中心（Center for Higher Education Funding and Assessment），以及4）印度尼西亚财政部教育基金管理机构（Lembaga Pengelola Dana Pendidikan, LPDP）。阿夫里纳尔·菲尔曼达（Afrinal Firmanda）、埃卡·特里瓦胡尤尼（Eka Triwahyuni）和奥利维亚·邦加·庞古图鲁兰（Olivia Bunga Pongtuluran）获得了...