大豆分离蛋白抑菌膜性能评价及抑菌剂释放研究

摘要

食源性疾病(foodborne disease)是当今世界上分布最广、最常见的疾病之一，包括由微生物和化学物质污染食品引起的各种疾病。滋生微生物或感染其毒素是食品污染的一种重要途径。细菌又是微生物中的一大类群，人畜的大部分疾病中，约85～90％的病例是由于食用被细菌污染的食品引起的。细菌给人类健康带来严重危害，也是影响食品货架期的重要因素之一。近年来，细菌的控制方法、新型抑菌剂、抑菌材料的开发成为很多生产、科研单位致力研究的热点。
　　 论文就天然抑菌剂的筛选、大豆分离蛋白抑菌膜的性能测试、抑菌剂释放量的检测及其动力学分析方面做了较为系统的讨论与研究，主要内容与研究结论包括：
　　 1．在液态培养基中对天然抑菌剂（AM）进行了抑菌活性测定与筛选。
　　 实验用酶标仪-96孔板法快速比较了9种天然抑菌剂的生长曲线和生物活性的差异，从中优选出香兰素等六种天然抑菌剂。本文研究表明，在一定条件下，这六种抑菌剂对大肠杆菌（E. coli)、金黄色葡萄球菌（s. aureus），单增李斯特菌(L. mono)、沙门氏菌(S． enteritidis）、小肠肠炎耶尔森菌（Y． enterocolitica）和宋内氏志贺氏菌（Sh. sonnei）六种受试菌抑菌活性顺序一般为：肉桂醛＞异丁香草酚＞麝香草酚＞丁香草酚＞香兰素＞愈创木酚。
　　 2．制备了大豆分离蛋白抑菌膜，对其抑菌性能、机械性能和阻隔性能进行评价。
　　 结合液态培养基中抑菌剂的抑菌活性，将一定量的香兰素等抑菌剂添加到大豆分离蛋白(SPI)成膜液中，各自制成大豆分离蛋白抑菌(AM-SPI)膜。(1)经抑菌率和肉制品包装实验，分析了各种AM-SPI膜的抑菌效果，据此选定香兰素、肉桂醛、丁香草酚、异丁香草酚和麝香草酚为实验用抑菌剂，得出对受试菌有明显抑制作用的抑菌剂添加量分别为0.35、0.30、0.35、0.25和0.25％(w/v)。(2)对大豆分离蛋白膜的断裂伸长率(ELO)、拉伸强度(TS)等机械性能进行测定，发现抑菌剂的加入会降低SPI膜的机械性能。(3)分析了相对湿度(RH)以及温度对大豆分离蛋白膜水蒸气透过率(WVTR)和氧气透过率(OTR)的影响规律。研究表明随着环境相对湿度的增大，SPI膜的氧气和水蒸气透过率明显呈指数上升(y=Aexp(x/B)+C)趋势。在此基础上，将其与常用包装材料--聚乙烯(PE)膜、聚丙烯(PP)膜、聚乙烯醇(PVOH)膜的阻隔规律进行了对比，并考察了天然抑菌剂对SPI膜阻隔性能的影响，发现加入抑菌剂会不同程度地降低SPI膜的水蒸气和氧气透过率。
　　 3．对大豆分离蛋白抑菌膜中抑菌剂向橄榄油中的释放进行了实验研究。
　　 首先建立了橄榄油中抑菌剂的高效液相色谱检测方法（柱温：40℃，洗脱条件：25％乙腈/75％水初始流动相以1.0mL/min的流速，30min内变为50％乙腈/50％水），进而分析了该测试方法的检出限、精密度和回收率，测定了所选抑菌剂在橄榄油中的稳定性。结果表明，抑菌剂在5、20、40、60℃橄榄油中具有较好的稳定性，10天后损失率小于12％。抑菌剂损失的主要原因在于取样时少量蒸气的逸出而非其化学结构发生改变。之后，对大豆分离蛋白抑菌膜分别在5、20、40、60℃橄榄油中进行释放实验，利用已建立的色谱方法对释放至橄榄油中的抑菌剂进行定性定量分析。
　　 4．对大豆分离蛋白膜中抑菌剂向脂肪类食品模拟液中的释放进行了动力学分析。
　　 (1)考虑了抑菌剂在SPI膜和食品模拟液之间的分配系数（KF,P），利用模型得出抑菌剂在薄膜中的扩散系数(DP)，并进一步分析了温度、抑菌剂类型、化学结构、极性等因素对抑菌剂分配系数和释放速率的影响。结果表明，分配系数与温度成反比，扩散系数与温度间关系满足Arrhenius公式。根据Arrhenius公式，计算得出香兰素、肉桂醛、丁香草酚、异丁香草酚和麝香草酚在SPI膜内扩散的活化能分别为：18.3249、57.3392、52.4339、53.9238和55.9217kJmol-1。(2)基于实验获得的DP-T和KF,P-T关系式，推导出30℃橄榄油中抑菌剂在SPI膜中释放的扩散系数和分配系数，并对该温度下AM-SPI膜中抑菌剂的释放进行预测。抑菌剂释放的实验值和模型预测值匹配良好，进一步验证了DP和KF,P对温度的依赖关系。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 细菌类型及危害

1.1.2 细菌控制

1.2 抗菌包装国内外研究进展

1.2.1 包装材料的发展趋势

1.2.2 抑菌包装的发展趋势

1.2.3 薄膜中抑菌剂释放的研究现状

1.3 课题研究意义与主要内容

1.3.1 研究目的与意义

1.3.2 主要研究内容

第二章 抑菌剂的快速筛选

2.1 仪器与试剂

2.1.1 试剂与材料

2.1.2 目标微生物

2.1.3 培养基配方

2.1.4 仪器

2.2 实验方法

2.2.1 菌种活化与菌悬液制备

2.2.2 滤纸片法测定抑菌圈

2.2.3 抑菌剂浓度对受试菌的影响

2.2.4 抑菌率的测定

2.3 结果与讨论

2.3.1 受试菌与抑菌剂的选择

2.3.2 波长选择

2.3.3 抑菌圈分析

2.3.4 受试菌的浊度变化

2.3.5 受试菌OD值的测定及生长曲线的绘制

2.3.6 抑菌效果影响因素分析

2.4 本章小结

第三章 大豆分离蛋白抑菌膜的制备及性能评价

3.1 仪器与材料

3.1.1 材料与试剂

3.1.2 仪器

3.2 实验方法

3.2.1 抑菌膜的制备

3.2.2 抑菌膜的性能测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 蛋白膜的抑菌效果

3.3.2 机械强度

3.3.3 颜色

3.3.4 阻水性能

3.3.5 阻氧性能

3.3.6 SPI膜吸湿等温线规律

3.4 本章小结

第四章 AM-SPI膜中抑菌剂释放的实验研究

4.1 试剂与仪器

4.1.1 试剂

4.1.2 仪器

4.2 实验方法

4.2.1 液相色谱分析条件

4.2.2 标准溶液的配制

4.2.3 抑菌剂在橄榄油中的稳定性实验

4.2.4 蛋白膜中抑菌剂初始浓度测定

4.2.5 释放至橄榄油中抑菌剂定量

4.3 结果与讨论

4.3.1 色谱分离条件选择

4.3.2 释放温度选择

4.3.3 定性、定量分析依据

4.3.4 抑菌剂的稳定性

4.3.5 蛋白膜中抑菌剂初始浓度

4.3.6 抑菌剂的释放量

4.4 本章小结

第五章 抑菌剂释放的动力学研究

5.1 释放机理

5.1.1 自由体积理论

5.1.2 微观扩散机理

5.2 有限包装-有限食品释放模型参数分析

5.2.1 分配系数

5.2.2 扩散系数

5.3 抑菌剂释放的实验值与预测值比较

5.4 本章小结

主要结论

论文创新点

研究展望

课题经费来源

攻读博士学位期间发表的相关论文清单

致谢

参考文献

附录