Structure and Property Analysis of Starch/Thymol Nanoemulsion Prepared by Enzymolysis Combined with Dynamic High Pressure Micro-fluidization
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摘要: 本文以蜡质玉米淀粉、百里酚为原料，利用酶解联合动态高压微射流技术制备淀粉/百里酚纳米乳液（S-T-NE）。通过调整百里酚的添加顺序SDTM（淀粉-动态高压微射流-百里酚-磁力搅拌）、STMD（淀粉+百里酚-磁力搅拌-动态高压微射流）和STDM（淀粉+百里酚-动态高压微射流-磁力搅拌）探讨不同制备方式对S-T-NE多维度结构与性质的影响。结果表明，STMD方式制备的S-T-NE颗粒未发生明显的聚集，百里酚均匀地吸附在纳米淀粉颗粒上，且储存稳定性最好；纳米淀粉对百里酚还具有最高的负载率（78.30%±1.73%）、载药量（223.71±3.02 μg/mg）；此外，该方式制备的S-T-NE能有效抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长，抑菌圈直径分别为16.15±0.19 mm和13.98±0.26 mm，同时具有最佳的铁还原能力（1.36±0.04 mmol Trolox/L）和DPPH、ABTS+自由基清除能力（0.11±0.00、0.43±0.00 mmol Trolox/L）。以上结果可进一步为淀粉基纳米乳液负载活性物质的开发和应用中提供技术参考。Abstract: In the present work, starch/thymol nano-emulsions (S-T-NE) were prepared by enzymatic hydrolysis combined with dynamic high-pressure microfluidization technology. Three different methods including starch-DHPM-thymol-magnetic stirring (SDTM), starch-thymol-magnetic stirring-DHPM (STMD), and starch-thymol-DHPM-magnetic stirring (STDM) were selected to discuss the multi-dimensional structure and property discrepancies of S-T-NE. Results showed that S-T-NE particles exhibited the minimal aggregation with uniformly adsorption of thymol by STMD, which was benefited to ensure the excellent storage stability of S-T-NE. In the meantime, the S-T-NE prepared by STMD displayed the highest thymol loading rate (78.30%±1.73%) and drug loading capacity (223.71±3.02 μg/mg) compared with other methods. Furthermore, the growth of Escherichia coli and Staphylococcus aureus was obviously inhibited by S-T-NE, showing inhibition zone diameters with 16.15±0.19 mm and 13.98±0.26 mm, respectively. For another, the S-T-NE prepared by STMD exhibited remarkable iron reduction capability (1.36±0.04 mmol Trolox/L) and DPPH, ABTS+ free radical scavenging abilities (0.11±0.00, 0.43±0.00 mmol Trolox/L). These findings provided valuable technical support on the preparation and application of starch-based nanoemulison loaded with bio-active compounds.
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Keywords:
- thymol /
- waxy corn starch /
- nano-emulsion /
- dynamic high-pressure microjet /
- stability
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百里酚作为天然的抑菌剂，具有广泛的抑菌性，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、假铜绿单胞菌和总状毛霉等都有较强的抑菌效果；同时百里酚还具有良好的抗氧化效果，因此在食品工业中被广泛用于延长食品货架期[1]。研究表明，使用含有1%百里酚的乳清蛋白/纳米黏土对奶酪进行涂覆处理后，奶酪储存于4 ℃时，42 d仍未发生腐败（未处理奶酪21 d即变质）[2]。与普通塑料薄膜相比，负载百里酚与香芹酚纳米乳液的复合膜包装冷鲜猪肉，储存10 d也无微生物生长，脂质与蛋白质的氧化程度也远低于前者[3]。
然而，百里酚存在不溶于水、挥发性强及氧化稳定性差等缺陷，严重限制了其在食品工业与其他领域中的应用[4]。目前应用最广泛的改进方法是将百里酚封装于胶体输送体系，纳米乳液是常见的胶体输送体系之一，具有分散均匀、粒径小、比表面积大、热力学稳定等优势[5−6]。因此，利用纳米乳液负载不仅可使百里酚免受外部因素干扰，提高稳定性，而且可调控百里酚靶向递送和释放，提高其生物利用率[7−8]。
目前，制备纳米乳液的物理方法主要有超声波均质法、高压均质法和动态高压微射流法等[9]。动态高压微射流（Dynamic High-Pressure Microfluidization，DHPM）是一种新兴的高压均质技术，有研究表明，相同处理压力下，动态高压微射流技术处理粗乳液可有效减少处理次数，利用此方式制备的杜仲籽油纳米乳液具有良好的稳定性[10]。因此，动态高压微射流技术作为一种高能、高效的新型均质手段，在制备具有高稳定性、高负载率以及高生物利用率等优势的纳米乳液方面具有很大的应用潜力[11]。
常见的乳化剂可分为合成乳化剂和天然乳化剂，其中天然乳化剂主要包括蛋白质、生物乳化剂（如皂苷、槐糖脂和鼠李糖脂等）以及天然胶体颗粒（如壳聚糖和纤维素等）[12]。淀粉是公认的安全无毒、可降解和可再生的天然高分子材料，具有良好的吸附性能，纳米尺度的淀粉由于其高比表面积，吸附性能表现更优。因此以纳米淀粉对精油进行负载制备纳米乳液具有理论可行性，同时可进一步提高乳液的稳定性，改善传统乳化剂的乳化性能以及稳定性差的劣势。
蜡质玉米淀粉是现代食品工业的重要原料，前期研究表明，与高直链玉米淀粉相比，蜡质玉米淀粉可有效抑制小分子的物质扩散[13]。然而蜡质玉米淀粉由于其支链含量高，易造成腔体堵塞，影响实验可行性及样品的稳定性[14]。团队前期利用酶解协同动态高压微射流制备蜡质纳米淀粉，并得到了最佳工艺参数[15]。在此基础上，本文借助此技术进一步制备淀粉/百里酚纳米乳液（Starch/Thymol Nano-Emulsions，S-T-NE），以期得到稳定性良好的乳液体系，同时探讨不同工艺流程对纳米乳液结构和性质的影响，进一步为纳米淀粉负载植物精油在活性食品包装材料中的应用提供理论和实验基础。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
蜡质玉米淀粉 东莞东美食品有限公司；吐温80、无水乙醇 分析纯，国药集团化学试剂有限公司；百里酚、2,2-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（2,2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical，DPPH）、过硫酸钾、乙酸钠、2,4,6-三吡啶基-S-三嗪（2,4,6-Tris（2-pyridyl）-S-triazine，TPTZ）、氯化铁、水溶性维生素E、溴化钾、普鲁兰酶（2000 U/g），以上均为分析纯，LB培养基、PDA培养基 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；大肠杆菌、金黄色葡萄球菌 中国普通微生物菌种保藏中心。
ME104E型电子天平 梅特勒-托利多仪器有限公司；MR Hei-Tec型磁力搅拌器 海道尔夫仪器设备有限公司；M-110EH-30型动态高压微射流 美国Micfofluidics公司；EVOLUTION 220型紫外可见光谱仪 赛默飞世尔科技公司；Zetasizer Nano-ZS90型纳米粒度与Zeta电位分析仪 英国马尔文有限公司；JEM-F200型透射电子显微镜 日本电子株式会社；Spectrum Two 型傅里叶红外光谱仪 美国 PE公司；Scientz-18N型真空冷冻干燥机 宁波新芝生物科技股份有限公司；DX-27mini型X-射线衍射仪 辽宁丹东浩元仪器有限公司；TGA8000型热重分析仪 珀金埃尔默股份有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 酶解淀粉的制备
准确称取10 g蜡质玉米淀粉于烧杯中，加入100 mL去离子水，置于沸水浴中搅拌30 min，静置于室温冷却至58 ℃，加入6 U/g普鲁兰酶酶解0.5 h进行脱支处理，酶解完成后置于沸水浴中水浴30 min以灭活[15]。
1.2.2 淀粉/百里酚纳米乳液（S-T-NE）的制备
1.2.2.1 淀粉-DHPM-百里酚-磁力搅拌（Starch-DHPM-Thymol-Magnetic Stirring，SDTM）
前期研究结果表明，动态高压微射流参数为0.5 h、10000 psi、循环1次时，制备蜡质玉米纳米淀粉（简称纳米淀粉）的效果最佳[15]。本实验中将1.2.1中淀粉酶解液稀释至10 mg/mL，然后经DHPM处理（压力10000 psi，循环次数1次），得到纳米淀粉溶液，将部分纳米淀粉溶液进行冷冻干燥处理备用；另取适量纳米淀粉溶液样品，并加入400 mg百里酚、2.5%（v/v）的无水乙醇和0.1%（v/v）的吐温80（总体积为100 mL），于室温下磁力搅拌6 h，转速为600 r/min。
1.2.2.2 淀粉+百里酚-磁力搅拌-DHPM（Starch+Thymol-Magnetic Stirring-DHPM，STMD）
将1.2.1中淀粉酶解液稀释至10 mg/mL，取适量纳米淀粉溶液样品并加入2 g百里酚、2.5%（v/v）的无水乙醇和0.1%（v/v）的吐温80（总体积为500 mL），于室温下磁力搅拌30 min，转速600 r/min，然后经DHPM处理（压力10000 psi、循环次数1次）。
1.2.2.3 淀粉+百里酚-DHPM-磁力搅拌（Starch+Thymol -DHPM-Magnetic Stirring，STDM）
将1.2.1中淀粉酶解液稀释至10 mg/mL，取适量纳米淀粉溶液样品并加入2 g百里酚、2.5%（v/v）的无水乙醇和0.1%（v/v）的吐温80（总体积为500 mL），立即用DHPM处理（压力10000 psi，循环1次），于室温下磁力搅拌30 min，转速600 r/min。
1.2.3 S-T-NE形貌观察
参考Sarita等[16]的方法并稍作修改。将1.2.2中三种方式制备的S-T-NE稀释100倍，超声处理10 min，使乳液分散均匀，滴2滴在覆有超薄碳支持膜的铜网上，自然干燥后置于透射电子显微镜下观察，放大倍数为100000。
1.2.4 S-T-NE结晶结构
参考Liu等[17]的方法并稍作修改。取适量经冷冻干燥处理后的纳米淀粉与不同制备方式下的S-T-NE粉末，均匀铺在X-射线衍射分析仪的样品槽中，按压平整。实验条件：Cu-Kα射线（λ=0.15 nm），电压30 kV，电流15 mA，测量范围10~40°（2θ），扫描步长0.02°，扫描速度4 °/min。
1.2.5 S-T-NE分子结构
参考Nina等[18]的方法并稍作修改。取1 mg经冷冻干燥处理后的纳米淀粉、不同制备方式得到的S-T-NE粉末，分别与150 mg KBr混合并充分研磨，使其混合均匀，然后取适量压成薄片并置于傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform infrared spectrometer，FTIR）中，波数范围为4000~400 cm−1，分辨率4 cm−1，扫描32次。
1.2.6 S-T-NE储存稳定性
参考Prakash等[19]的方法并稍作修改。通过马尔文激光粒度仪测定储存时间为0、3、5、10、15、25 d时S-T-NE的粒径及Zeta电位以判断纳米乳液的稳定性，储存温度为25 ℃。将1.2.2中制备得到的S-T-NE稀释至浓度为1 mg/mL，取适量稀释液于电位池中，测定温度25 ℃，平衡时间1 min，循环测试为20次，测量3次，粒径测定的散射角为90°。
1.2.7 S-T-NE的负载率与载药量
1.2.7.1 标准曲线的绘制
参考Qin等[20]的方法并稍作修改。准确称取0.0100 g百里酚溶于10.0 mL无水乙醇中，分别吸取0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 mL于离心管中，定容至10 mL，在波长275 nm处测其吸光值，获得百里酚标准曲线y=0.0152x+0.0010，R2=0.9995。
1.2.7.2 S-T-NE负载率与载药量的测定
参考Zhou等[21]的方法并稍作修改。将不同制备方式下得到的S-T-NE通过亲水性滤膜（0.45 μm），取1 mL加入离心管中，加入3 mL无水乙醇，超声处理20 min（功率100%），离心20 min（2500 r/min），取上清液稀释至S-T-NE浓度为50 μg/mL，在275 nm处测量吸光度，并按照以下公式计算百里酚在纳米淀粉中的负载率和载药量。
(1) (2) 1.2.8 S-T-NE的抑菌性
参考Gargi等[22]的方法并稍作修改。将灭菌后的LB琼脂培养基与PDA培养基倒入无菌培养皿中，待到完全凝固，选择大肠杆菌、金黄色葡萄球菌作为待测菌。将100 μL的菌悬液（107 CFU/mL）均匀涂布在培养基表面，将牛津杯放置在平板中央，加入150 μL不同制备方式得到的S-T-NE（4 mg/mL），在37 ℃下培养24 h，进行三次平行实验。以不含百里酚溶液的平板作为对照，测定其抑菌圈的大小。
1.2.9 S-T-NE的抗氧化性
参考Yi等[23]的方法并稍作修改。以ABTS+、DPPH自由基清除率和铁还原性抗氧化能力（Ferric Ion Reducing Antioxidant Power，FRAP）三种方式测定不同制备方式下S-T-NE的抗氧化能力，结果均以水溶性维生素E（Trolox）当量表示。
1.2.9.1 ABTS+自由基清除活性
将ABTS溶液（7 mmol/L）和K2S2O8溶液（2.45 mmol/L）1:1混合，避光静置16 h，然后用磷酸盐缓冲溶液稀释至在734 nm下的吸光度为0.70±0.02，即为ABTS工作液。收集S-T-NE样品（4 mg/mL）上清液400 μL，与3600 μL ABTS工作液混合，避光反应6 min，在734 nm处测定吸光度。使用样品或Trolox标准品（0.15~0.35 mmol/L）进行反应。
1.2.9.2 DPPH自由基清除活性
配制45 mg/mL的DPPH无水乙醇溶液，置于棕色瓶中待用。取1.2.2中不同制备方式下得到的S-T-NE上清液（4 mg/mL）250 μL与500 μL DPPH溶液混合，避光反应30 min，在517 nm处测定吸光度。使用样品或者Trolox标准品（0.02~0.08 mmol/L）进行反应。
1.2.9.3 铁还原性抗氧化能力
FRAP法最初用于测定血浆的还原能力，测定方法后来经过改进并用于测定植物活性物质的抗氧化性，其测定需要在pH3.6以下水溶液中进行，以保证铁离子的溶解度[24]。将300 mL乙酸盐缓冲溶液（0.1 mol/L，pH3.6）、30 mL的TPTZ溶液（10 mmol/L）和30 mL的FeCl3溶液（20 mmol/L）制备反应混合物。取100 μL不同制备方式下得到的S-T-NE上清液（2 mg/mL）与3 mL反应混合物于37 ℃下混合，反应30 min，在593 nm处测定吸光度。使用样品或者Trolox标准品（0.05~0.25 mmol/L）进行反应。
1.3 数据处理
实验均进行三次平行测定，所有数据采用IBM SPSS Statistics 27进行方差分析与邓肯多重检验表示组间数据的显著性差异，结果采用平均值±标准差的形式表示，并通过Origin 2018进行绘图。
2. 结果与分析
2.1 S-T-NE微观形貌分析
透射电子显微镜可直观表征S-T-NE的微观形貌，图1为不同方式制备的百里酚纳米淀粉乳液的透射电镜照片。由图1可知，SDTM、STMD和STDM三种方式制备的纳米乳液均为球状颗粒，粒径范围为50~160 nm。其中，SDTM方式得到的乳液颗粒最小，但可观察到更细小的点状物质（百里酚）；STMD方式得到的乳液颗粒均一性好，未观察到明显的百里酚颗粒；而进一步经过磁力搅拌器处理后，纳米乳液（STDM）颗粒产生了明显的聚集。以上结果表明，酶解淀粉与百里酚混合后经磁力搅拌后，再利用动态高压微射流处理（STMD方式）可使百里酚均匀地吸附于纳米淀粉颗粒上。而先经动态高压微射流处理后进一步低速搅拌处理（STDM）则会增加纳米颗粒之间的碰撞概率，使颗粒发生团聚[25]。
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图 1 SDTM、STMD和STDM三种制备方式下S-T-NE颗粒透射电镜图（100000×）Figure 1. TEM images of S-T-NE particles prepared by SDTM, STMD and STDM (100000×)2.2 结晶结构分析
图2为百里酚、纳米淀粉与不同制备方式得到的S-T-NE冻干样品结晶结构图谱。从图2A中可以看出，百里酚在2θ为12.10°、16.02°、16.74°、18.90°、20.80°、24.08°、25.58°、26.82°、28.32°处出现明显的特征衍射峰，表明百里酚具有高度结晶结构[26]。由图2B可知，当纳米淀粉与百里酚经动态高压微射流处理后，三种不同制备方式所制得S-T-NE的XRD图谱与纳米淀粉相似，均表现为宽泛的衍射峰，即纳米淀粉与S-T-NE均呈无定型态；同时，对比纳米淀粉的XRD图谱可知，三种方式制备S-T-NE的弥散峰的衍射强度呈微弱下降趋势，这可能是由于负载的百里酚与纳米淀粉间的相互作用阻碍了淀粉分子间氢键作用，导致淀粉分子链发生重排。
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图 2 百里酚（A）及SDTM、STMD和STDM三种制备方式下S-T-NE（B）的XRD图谱注：图谱经过垂直平移处理；图3同。Figure 2. XRD patterns of thymol (A) and S-T-NE prepared by SDTM, STMD and STDM (B)2.3 分子结构分析
图3为百里酚、纳米淀粉颗粒以及不同制备方式下S-T-NE的红外光谱。由图可知，百里酚的红外图谱中3172.58 cm−1处的峰为酚羟基的伸缩振动，2957.48 cm−1和2867.23 cm−1处的峰对应于-CH3的拉伸振动，1621.45 cm−1处为百里酚苯环-C=C-的π键特征吸收峰，1419.56~1241.67 cm−1范围内的谱带为百里酚中-CH（CH3）2的拉伸振动，950~650 cm−1范围内的谱带为苯环取代区[27]。
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图 3 百里酚、纳米淀粉及SDTM、STMD和STDM三种制备方式下S-T-NE的红外光谱图Figure 3. FTIR spectra of thymol, nano starch and S-T-NE prepared by SDTM, STMD and STDM纳米淀粉颗粒在3313.63 cm−1处为淀粉分子羟基的拉伸振动，2925.58 cm−1处的吸收峰为C-H的拉伸振动，1654.22 cm−1处的吸收峰对应于C=O的拉伸振动，1148.79 cm−1和996.27 cm−1处的峰分别为多糖骨架的C-O拉伸振动和α-1,4糖苷键的C-O-C骨架不对称伸缩振动[28]。
与纳米淀粉颗粒相比，SDTM、STMD和STDM三种方式制备的S-T-NE中羟基与C=O的吸收峰存在向低波数移动的趋势，羟基的吸收峰由3313.63 cm−1变成3308.07 cm−1 ，C=O的吸收峰由1654.22 cm−1变成1645.14 cm−1；此外，负载百里酚后，纳米淀粉颗粒的C-H的吸收峰向高波数移动，由2925.58 cm−1变成2952.58 cm−1，而且出现了-CH3的吸收峰（2860.74 cm−1），表明百里酚的酚羟基与淀粉分子中的羟基形成了氢键[29]。此外，三种方式制备S-T-NE的红外图谱特征峰之间没有明显差异，表明动态高压微射流处理促使百里酚与纳米淀粉以物理键合为主，不能产生新的化学键。
2.4 储存稳定性分析
纳米乳液的储存稳定性是乳液的重要评价指标之一。本文探讨了SDTM、STMD和STDM三种方式下，S-T-NE恒温（25 ℃）储存25 d内粒径和Zeta电位的变化规律，结果如图4所示。由图4A可知，STMD方式得到的纳米乳液粒径最小（127.9±1.02 nm，0 d），SDTM和STDM方式得到的纳米乳液粒径为136.8±0.97 nm（0 d）和165.6±1.43 nm（0 d），与前面TEM中观察到的纳米乳液粒径有所差异，这是因为而TEM中观察到的粒径为实际粒径，马尔文激光粒度仪测得粒径为水动力学平均直径，后者略大于前者[30]。与纳米淀粉粒径相比（36.76±0.85 nm，酶解时间为0.5 h，压力10000 psi，微射流循环次数为1次），纳米乳液的粒径均增大；另外，随着储存时间的延长，三种S-T-NE乳液粒径均呈现不同程度的增大趋势，这是由于纳米乳液本身属于热力学不稳定体系，在储存过程中，纳米颗粒的布朗运动减弱，小颗粒开始聚集，形成微观絮凝，进而形成大颗粒，使S-T-NE乳液粒径增大[31]。与0 d对比，储存时间为25 d时，三种方式下S-T-NE的粒径分别增大了1.95%（STMD）、2.02%（SDTM）、2.42%（STDM），STMD方式制备的S-T-NE乳液粒径增幅最小，表明该方式制备得到的S-T-NE乳液最稳定。
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图 4 SDTM、STMD和STDM三种制备方式得到S-T-NE的粒径与Zeta电位注：图中不同字母表示不同储存天数之间存在显著性差异（P<0.05）。Figure 4. Particle size and Zeta potential of S-T-NE prepared by SDTM, STMD and STDM此外，由图4B可知，与粒径相似，STMD方式制备的S-T-NE乳液电位绝对值最大（32.4±0.42 mV，0 d），SDTM和STDM方式制得S-T-NE的电位绝对值分别为23.1±0.39 mV和30.00±0.17 mV；随着储存时间的延长，三种方式制得S-T-NE纳米乳液的Zeta电位并未发生显著变化（P>0.05），但STMD方式制备S-T-NE乳液粒径一直呈现最高值。有研究表明，Zeta电位的绝对值越大，液滴间的静电斥力越强，纳米乳液的稳定性越高[32]。上述结果表明，经磁力搅拌后再进行动态高压微射流处理（STMD）有助于提高纳米淀粉与百里酚间的氢键作用，提高乳液体系的均一性，形成稳定性高的纳米乳液；而先经动态高压微射流处理（STDM）后进行低速机械搅拌处理促使分子间作用力增大形成团聚，促使粒径增大，稳定性降低。
2.5 负载率与载药量
负载率和载药量是纳米淀粉颗粒作为活性物质载体最直接的评价指标。本文探讨了SDTM、STMD、STDM三种方式下S-T-NE的负载率和载药量，结果如图5所示。SDTM、STMD、STDM三种制备方式下均具有较高的负载率和载药量，对应负载率分别为57.15%±1.48%、78.30%±1.73%和65.15%±1.35%，载药量分别为163.28±2.45、223.71±3.02和186.14±3.85 μg/mg。对比可知，STMD方式制备的百里酚纳米淀粉乳液负载率和载药量最高，这与2.4中纳米乳液稳定性结果一致，进一步表明动态高压微射流处理提高纳米淀粉与百里酚间的氢键作用，促使此方式下纳米淀粉的负载率和载药量最高。
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图 5 SDTM、STMD和STDM制备方式下S-T-NE的负载率和载药量注：不同字母表示不同制备方法的样品之间具有显著性差异（P<0.05）。Figure 5. Loading rate and drug loading of S-T-NE prepared by SDTM, STMD and STDM2.6 抑菌性
抑菌圈大小可直观表现精油的抑菌能力。本文对比了SDTM、STMD、STDM三种制备方法下S-T-NE的抑菌圈差异，结果如表1所示。由表1可知，对于大肠杆菌（金黄色葡萄球菌）而言，STMD方法制备S-T-NE的抑菌圈直径为16.15±0.19 mm（13.98±0.26 mm），SDTM和STDM方法制备S-T-NE的抑菌圈直径分别为14.01±0.18 mm（11.45±0.31 mm）和14.33±0.29 mm（13.42±0.23 mm），两种抑菌圈大小顺序均为：STMD>STDM>SDTM，表明STMD方式制备的S-T-NE对两种菌的抑菌性均最高，由2.5结果可知，STMD方式制备的S-T-NE负载率与载药量均最高，其抑菌性也最好。此外，对比可知，STMD制备方法下S-T-NE对大肠杆菌的抑菌圈大于金黄色葡萄球菌。有研究表明百里酚的抑菌性与细菌的种类有关，大肠杆菌（革兰氏阴性菌）对百里酚更敏感，受到百里酚的抑制效果更明显[33]。
表 1 SDTM、STMD和STDM三种制备方式下S-T-NE的抑菌圈直径Table 1. Bacteriostatic circle diameter of S-T-NE prepared by SDTM, STMD and STDM制备方式 大肠杆菌（mm） 金黄葡萄球菌（mm） SDTM 14.01±0.18b 11.45±0.31c STMD 16.15±0.19a 13.98±0.26a STDM 14.33±0.29b 13.42±0.23b 注：同列不同字母表示不同制备方法的样品之间具有显著性差异（P<0.05）。 上述结果表明，STMD制备方法下的S-T-NE由于乳液体系更稳定，负载了更多的百里酚，表现出了良好的抑菌性，而且对革兰氏阴性菌具有更高的抑菌性。而进一步低速搅拌处理，由于促使乳液颗粒团聚，阻碍了百里酚与细菌之间相互作用，降低了乳液的抑菌性。
2.7 抗氧化性
S-T-NE属于水包油型乳液，FRAP结合DPPH与ABTS两种方法可更全面地评估S-T-NE的抗氧化性能。本文以Trolox当量为指标，探讨了SDTM、STMD、STDM三种制备方式下S-T-NE的ABTS+、DPPH自由基清除率与铁还原性抗氧化能力，结果如图6所示。SDTM、STMD和STDM三种方式制备的S-T-NE对铁还原性抗氧化能力分别为1.08±0.02、1.36±0.04和1.27±0.02 mmol/L Trolox；ABTS+和DPPH自由基清除率分别为0.41±0.00和0.09±0.00 mmol/L Trolox（SDTM）、0.43±0.00和0.11±0.00 mmol/L Trolox（STMD）0.42±0.00和0.09±0.00 mmol/L Trolox（STDM）。对比可知，STMD方式制备S-T-NE的铁还原抗氧化能力、ABTS+、DPPH自由基清除率均最高。此结果与2.4、2.5和2.6结果一致，进一步证明了STMD制备方式通过提高S-T-NE的稳定性与百里酚的负载率和载药量增强乳液的抗氧化能力。同时，由于制备的乳液属于水包油体系，解决了百里酚的疏水性问题，使S-T-NE在水中也能表现出良好的抗氧化性。
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图 6 SDTM、STMD和STDM三种制备方式下S-T-NE的抗氧化性注：不同字母表示不同制备方法下ABTS+、DPPH自由基清除率和铁还原性抗氧化能力具有显著性差异（P<0.05）。Figure 6. Antioxidant activity of S-T-NE prepared by SDTM, STMD and STDM3. 结论
本文借助酶解联合动态高压微射流（DHPM）技术制备纳米淀粉精油乳液，并通过调整百里酚精油的添加顺序，得到不同制备方式对纳米淀粉精油乳液（S-T-NE）多维度结构和性质的影响规律。与先借助DHPM制备纳米淀粉后负载百里酚方式（SDTM）相比，酶解淀粉与百里酚搅拌混合并同时经DHPM（STMD）时，瞬态高压、高频剪切与空化效应等作用导致乳液粒径明显降低，同时促使百里酚与淀粉分子之间氢键作用增强，使百里酚均匀负载于纳米淀粉颗粒表面，稳定性、百里酚负载率和载药量均提高；而酶解淀粉与百里酚先经DHPM处理后磁力搅拌器混合（STDM）时，进一步低速混合导致淀粉与百里酚分子间氢键作用减弱，百里酚从纳米淀粉表面脱附，导致负载率和载药量降低，淀粉团聚促使乳液稳定性下降。以上结果可为淀粉基纳米乳液负载活性物质的开发及应用提供技术参考。
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图 1 SDTM、STMD和STDM三种制备方式下S-T-NE颗粒透射电镜图（100000×）
Figure 1. TEM images of S-T-NE particles prepared by SDTM, STMD and STDM (100000×)
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图 2 百里酚（A）及SDTM、STMD和STDM三种制备方式下S-T-NE（B）的XRD图谱
注：图谱经过垂直平移处理；图3同。
Figure 2. XRD patterns of thymol (A) and S-T-NE prepared by SDTM, STMD and STDM (B)
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图 3 百里酚、纳米淀粉及SDTM、STMD和STDM三种制备方式下S-T-NE的红外光谱图
Figure 3. FTIR spectra of thymol, nano starch and S-T-NE prepared by SDTM, STMD and STDM
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图 4 SDTM、STMD和STDM三种制备方式得到S-T-NE的粒径与Zeta电位
注：图中不同字母表示不同储存天数之间存在显著性差异（P<0.05）。
Figure 4. Particle size and Zeta potential of S-T-NE prepared by SDTM, STMD and STDM
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图 5 SDTM、STMD和STDM制备方式下S-T-NE的负载率和载药量
注：不同字母表示不同制备方法的样品之间具有显著性差异（P<0.05）。
Figure 5. Loading rate and drug loading of S-T-NE prepared by SDTM, STMD and STDM
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图 6 SDTM、STMD和STDM三种制备方式下S-T-NE的抗氧化性
注：不同字母表示不同制备方法下ABTS+、DPPH自由基清除率和铁还原性抗氧化能力具有显著性差异（P<0.05）。
Figure 6. Antioxidant activity of S-T-NE prepared by SDTM, STMD and STDM
表 1 SDTM、STMD和STDM三种制备方式下S-T-NE的抑菌圈直径
Table 1 Bacteriostatic circle diameter of S-T-NE prepared by SDTM, STMD and STDM
制备方式 大肠杆菌（mm） 金黄葡萄球菌（mm） SDTM 14.01±0.18b 11.45±0.31c STMD 16.15±0.19a 13.98±0.26a STDM 14.33±0.29b 13.42±0.23b 注：同列不同字母表示不同制备方法的样品之间具有显著性差异（P<0.05）。 
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[1] 徐冰, 徐少青, 刘锐, 等. 百里香精油纳米乳液的制备及添加植物油对其理化性质及抑菌效果的影响[J]. 食品安全质量检测学报,2022,13(18):5861−5869. [XU B, XU S Q, LIU R, et al. Preparation of thymus vulgaris essential oil nanoemulsions and the effects of adding vegetable oils on its physicochemical and antibacterial properties[J]. Journal of Food Safety and Quality,2022,13(18):5861−5869.] doi: 10.3969/j.issn.2095-0381.2022.18.spaqzljcjs202218011 XU B, XU S Q, LIU R, et al. Preparation of thymus vulgaris essential oil nanoemulsions and the effects of adding vegetable oils on its physicochemical and antibacterial properties[J]. Journal of Food Safety and Quality, 2022, 13（18）: 5861−5869. doi: 10.3969/j.issn.2095-0381.2022.18.spaqzljcjs202218011
[2] AZADEH N, HASSAN H, MAJID A, et al. The effects of whey protein/nanoclay biocomposite containing thymus fedtschenkoi ronniger essential oil and resveratrol on the shelf life of liqvan cheese during refrigerated storage[J]. LWT,2023,187:115175. doi: 10.1016/j.lwt.2023.115175
[3] WANG L, YUAN M Y, SUN E Z, et al. Antibacterial food packaging capable of sustained and unidirectional release carvacrol/thymol nanoemulsions for pork preservation[J]. Food Hydrocolloids,2023,145:109169. doi: 10.1016/j.foodhyd.2023.109169
[4] 毕文慧, 马恒, 张东春, 等. 百里香酚-淀粉抑菌剂的制备及其对鲜切蔬菜微生物的控制[J]. 食品工业科技,2019,40(18):1−7. [BI W H, MA H, ZHANG D C, et al. Preparation and microbial control on fresh-cut vegetables of thymol-starch bacteriostat[J]. Science and Technology of Food Industry,2019,40(18):1−7.] BI W H, MA H, ZHANG D C, et al. Preparation and microbial control on fresh-cut vegetables of thymol-starch bacteriostat[J]. Science and Technology of Food Industry, 2019, 40（18）: 1−7.
[5] 罗钰, 修伟业, 王峙力, 等. 纳米乳液的制备方法及其应用研究进展[J]. 粮食与油脂,2023,36(7):5−9. [LUO Y, XIU W Y, WANG Z L, et al. Research progress in preparation method and application of nanolotion[J]. Cereals & Oils,2023,36(7):5−9.] doi: 10.3969/j.issn.1008-9578.2023.07.002 LUO Y, XIU W Y, WANG Z L, et al. Research progress in preparation method and application of nanolotion[J]. Cereals & Oils, 2023, 36（7）: 5−9. doi: 10.3969/j.issn.1008-9578.2023.07.002
[6] 郭玮, 刘苗苗, 潘越, 等. 植物精油纳米乳液对肉源腐败菌和致病菌的抑菌作用研究进展[J]. 食品工业科技,2023,44(18):468−475. [GUO W, LIU M M, PAN Y, et al. Antimicrobial effect of plant essential oil nanoemulsion against meat spoilage bacteria and pathogenic bacteria:A review[J]. Science and Technology of Food Industry,2023,44(18):468−475.] GUO W, LIU M M, PAN Y, et al. Antimicrobial effect of plant essential oil nanoemulsion against meat spoilage bacteria and pathogenic bacteria: A review[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44（18）: 468−475.
[7] CUI Y J, WANG X Y, CHEN M, et al. Controlled release mechanism of thymol loaded into mesoporous silica nanoparticles for active packaging films[J]. Food Bioscience,2023,56:103229. doi: 10.1016/j.fbio.2023.103229
[8] 刘婷. 基于百里香精油抗菌特性的自组装纳米乳对冷鲜猪肉保鲜作用的研究[D]. 西安:陕西师范大学, 2021. [LIU T. Effect of self assembled nano-emulsion based on antibacterial properties of thyme essential oil on preservation of chilled pork[D]. Xi’an:Shaanxi Normal University, 2021.] LIU T. Effect of self assembled nano-emulsion based on antibacterial properties of thyme essential oil on preservation of chilled pork[D]. Xi’an: Shaanxi Normal University, 2021.
[9] DAMMAK I, SOBRAL P J D A, AQUINO A, et al. Nanoemulsions:Using emulsifiers from natural sources replacing synthetic ones-a review[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,2020,19(5):2721−2746. doi: 10.1111/1541-4337.12606
[10] LEE L, NORTON I T. Comparing droplet breakup for a high-pressure valve homogeniser and a microfluidizer for the potential production of food-grade nanoemulsions[J]. Journal of Food Engineering,2013,114(2):158−163. doi: 10.1016/j.jfoodeng.2012.08.009
[11] 曹梦梦, 刘一鲲, 陈兴, 等. 动态高压微射流技术制备乳液运载体的研究进展[J]. 食品工业科技,2022,43(18):474−482. [CAO M M, LIU Y K, CHEN X, et al. Research progress on emulsion-based delivery systems produced from dynamic high pressure microfluidization[J]. Science and Technology of Food Industry,2022,43(18):474−482.] CAO M M, LIU Y K, CHEN X, et al. Research progress on emulsion-based delivery systems produced from dynamic high pressure microfluidization[J]. Science and Technology of Food Industry, 2022, 43（18）: 474−482.
[12] MASOUMEH M, GOLNAZ R, MITRA R. Effects of emulsifiers on the physicochemical stability of oil-in-water nanoemulsions:A critical review[J]. Journal of Molecular Liquids,2021,340:117218. doi: 10.1016/j.molliq.2021.117218
[13] ZHU J, ZHANG S Y, LIU Y J, et al. Modelling and assesment of plasticizer migration and structure changes in hydrophobic starch-based films[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2022,195:41−48. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.11.138
[14] LIU D, WU Q, CHEN H, et al. Transitional properties of starch colloid with particle size reduction from micro- to nanometer[J]. Journal of Colloid And Interface Science,2009,339(1):117−124. doi: 10.1016/j.jcis.2009.07.035
[15] 黄佳卉, 赵雷, 朱杰, 等. 酶解-动态高压微射流制备纳米淀粉及对其结构性质的影响[J]. 食品工业科技,2024,45(8):127−133. [HUANG J H, ZHAO L, ZHU J, et al. Nano-starch and its structural properties prepared from enzymolysis-dynamic high pressure micro-fluidization[J]. Science and Technology of Food Industry,2024,45(8):127−133.] HUANG J H, ZHAO L, ZHU J, et al. Nano-starch and its structural properties prepared from enzymolysis-dynamic high pressure micro-fluidization[J]. Science and Technology of Food Industry, 2024, 45（8）: 127−133.
[16] SARITA K, KUMARASWAMY R V, CHANDRA C R, et al. Thymol nanoemulsion exhibits potential antibacterial activity against bacterial pustule disease and growth promotory effect on soybean[J]. Scientific Reports,2018,8(1):6650. doi: 10.1038/s41598-018-24871-5
[17] LIU T, LIU L. Fabrication and characterization of chitosan nanoemulsions loading thymol or thyme essential oil for the preservation of refrigerated pork[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2020,162:1509−1515. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.207
[18] NINA A, FATEMEH N. Thymol essential oil/β-cyclodextrin inclusion complex into chitosan nanoparticles:Improvement of thymol properties in vitro studies[J]. Journal of Molecular Liquids,2022,346:118250. doi: 10.1016/j.molliq.2021.118250
[19] PRAKASH A, BASKARAN R, VADIVEL V. Citral nanoemulsion incorporated edible coating to extend the shelf life of fresh cut pineapples[J]. LWT,2020,118:108851. doi: 10.1016/j.lwt.2019.108851
[20] QIN Y, WANG J P, QIU C, et al. Effects of aegree of polymerization on size, crystal structure, and digestibility of debranched starch nanoparticles and their enhanced antioxidant and antibacterial activities of curcumin[J]. ACS Sustainable Chemistry & Engineering,2019,7(9):8499−8511.
[21] ZHOU Y, YIN X, CHEN J, et al. Encapsulation efficiency and release of citral using methylcellulose as emulsifier and interior wall material in composite polysaccharide microcapsules[J]. Advances in Polymer Technology,2018,37(8):3199−3209. doi: 10.1002/adv.22089
[22] GARGI G, SHIVANI. Thyme essential oil nano-emulsion/tamarind starch/whey protein concentrate novel edible films for tomato packaging[J]. Food Control,2022,138:108990. doi: 10.1016/j.foodcont.2022.108990
[23] YI S, ZHI J N, KIRAN T, et al. Preparation and characterization of clove essential oil loaded nanoemulsion and pickering emulsion activated pullulan-gelatin based edible film[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2021,181:528−539. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.03.133
[24] RONALD L, PRIOR X W K S. Standardized methods for the determination of antioxidant capacity and phenolics in foods and dietary[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2005,53(10):4290−4302. doi: 10.1021/jf0502698
[25] 张童. 水性环氧树脂乳液的制备与改性[D]. 太原:山西师范大学, 2021. [ZHANG T. Preperation and modification of waterborne epoxy resin emulsion[D]. Taiyuan:Shanxi Normal University, 2021.] ZHANG T. Preperation and modification of waterborne epoxy resin emulsion[D]. Taiyuan: Shanxi Normal University, 2021.
[26] GOU Q, SU J, XIE W, et al. Curcumin-loaded pea protein isolate-high methoxyl pectin complexes induced by calcium ions:Characterization, stability and in vitro digestibility[J]. Food Hydrocolloids,2020,98:105284. doi: 10.1016/j.foodhyd.2019.105284
[27] DUTRA D S B, APARECIDA L C, ALVES D R D K, et al. Easy-process nanoemulsions:Obtaining thymol nanodroplets with high shear speed systems[J]. Food Bioscience,2023,55:103048. doi: 10.1016/j.fbio.2023.103048
[28] NORDIN N, OTHMAN S H, RASHID S A, et al. Effects of glycerol and thymol on physical, mechanical, and thermal properties of corn starch films[J]. Food Hydrocolloids,2020,106:105884. doi: 10.1016/j.foodhyd.2020.105884
[29] XIA W, ZHENG B, LI T, et al. Fabrication, characterization and evaluation of myricetin adsorption onto starch nanoparticles[J]. Carbohydrate Polymers,2020,250:116848. doi: 10.1016/j.carbpol.2020.116848
[30] JIANG S, LIU C, HHAN Z, et al. Evaluation of rheological behavior of starch nanocrystals by acid hydrolysis and starch nanoparticles by self-assembly:A comparative study[J]. Food Hydrocolloids,2016,52:914−922. doi: 10.1016/j.foodhyd.2015.09.010
[31] RYU V, MCCLEMENTS J D, CORRADINI G M, et al. Effect of ripening inhibitor type on formation, stability, and antimicrobial activity of thyme oil nanoemulsion[J]. Food Chemistry,2018,245:104−111. doi: 10.1016/j.foodchem.2017.10.084
[32] TIPPEL J, LEHMANN M, KLITZING V R, et al. Interfacial properties of quillaja saponins and its use for micellisation of lutein esters[J]. Food Chemistry,2016,212:35−42. doi: 10.1016/j.foodchem.2016.05.130
[33] QI L, YUAN G, XUAN F, et al. Preparation of peppermint oil nanoemulsions:Investigation of stability, antibacterial mechanism and apoptosis effects[J]. Colloids and Surfaces B:Biointerfaces,2021,201:111626. doi: 10.1016/j.colsurfb.2021.111626
-
期刊类型引用(3)
1. 谢春洋，刘欢，张秋玲. 猪肉预制菜供应链质量追溯体系研究——基于区块链背景下. 北方经贸. 2025(01): 79-83 . 
百度学术
2. 姜获足，朱芳芳，彭金山. 消费者对预制菜认知及影响因素的统计调查. 中国食品工业. 2024(24): 41-43 . 百度学术
3. 郑先哲，刘慧然，刘成海，柏才宇，蒋镇泽，赵兴隆，沈柳杨，刘钗. 连续式工业化微波复热盒装米饭的加热均匀性. 农业工程学报. 2024(22): 252-263 . 百度学术
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