冷等离子体与丁香精油纳米纤维对蔬菜表面大肠杆菌O157:H7生物膜的协同抗菌作用

摘要

蔬菜是人们日常生活中不可或缺的营养来源。但蔬菜在流通过程中易受细菌污染，进而威胁人体健康。其中，大肠杆菌O157:H7是蔬菜中常见致病菌之一，且会在蔬菜表面形成生物膜。由于其受到胞外多聚物基质保护，传统方法难以彻底清除。本研究将冷等离子体和植物精油两种冷杀菌技术进行协同。首先利用壳聚糖纳米粒子包封丁香精油，再通过静电纺丝技术将其载入纳米纤维膜中。最终协同冷源氮气等离子体对生物膜的初步破坏，在丁香精油壳聚糖纳米粒子纤维膜的缓释抗菌作用下，实现有效清除蔬菜表面生物膜的目的。
　　本论文的主要研究内容与结果如下：
　　（1）冷源氮气等离子体的抗菌性能及机制研究。研究发现，当等离子体功率由300 W提升至400 W后，抗菌效果明显增强，400、500和600 W之间抗菌效果大致相同。延长处理时间由1分钟至4分钟后，等离子体清除大肠杆菌O157:H7生物膜的活性也显著增强。CLSM及SEM表征发现等离子体破坏了生物膜结构，使致密的生物膜变为零散的细菌。抗菌机制结果表明：等离子体破坏菌体结构的完整性，使细胞壁及细胞膜穿孔、凹陷，使细胞膜的通透性明显增加，导致胞内大分子物质泄漏，胞内DNA、ATP含量减少，最终致使菌体裂解、死亡
　　（2）丁香精油壳聚糖纳米粒子（CO@CNPs）的制备及抗菌性能研究。丁香精油对大肠杆菌O157:H7具有较强的抗菌活性，MIC、MBIC均为0.5 mg/mL，MBC、MBEC均为1 mg/mL。随后，采用离子交联法制备出粒径分布均匀，稳定性能佳，精油包封率高的CO@CNPs，其平均粒径为154.9 nm、PDI值为0.297、Zeta电位为44.3 mV、包封率为39.5%。抗菌活性测定结果表明，CO@CNPs可有效地清除大肠杆菌O157:H7生物膜，经40%（w/v）及50%（w/v）浓度作用8小时后，杀菌率可分别达到99.981%和99.999%。
　　（3）CO@CNPs电纺纤维膜的制备及抗菌性能研究。利用PEO为基底材料，通过静电纺丝成功制备出CO@CNPs抗菌纤维膜。SEM结果显示，纤维直径分布均匀，无断丝现象发生，结构稳定。通过平板菌落计数法、CLSM及SEM表征，证明CO@CNPs纤维膜能够有效地清除大肠杆菌O157:H7生物膜。
　　（4）等离子体与CO@CNPs纤维膜协同应用于蔬菜表面。相比单一处理，协同作用下抗生物膜效果明显提高。黄瓜、青椒、胡萝卜及小番茄在经400 W等离子体处理2分钟，再用CO@CNPs纤维膜包裹4天后，杀菌率可分别达到99.9990%、99.9998%、99.9999%和99.9996%。色差实验及感官评价结果显示，储存4天后，协同处理并未影响蔬菜的色泽及风味。

目录

声明

缩略词

第1章 绪论

1.1. 大肠杆菌O157:H7在蔬菜中的安全性问题

1.2. 冷杀菌技术在食品加工领域的应用

1.3. 壳聚糖纳米粒子

1.4. 静电纺丝技术在食品包装领域的应用

1.5. 课题研究背景和立题意义

1.6. 本课题的主要研究内容

第2章 冷源氮气等离子体的抗菌性能及机制研究

2.1. 引言

2.2. 实验材料和方法

2.3. 结果与讨论

2.4. 本章小结

第3章 丁香精油壳聚糖纳米粒子的制备及抗菌性能研究

3.1. 引言

3.2. 实验材料和方法

3.3. 结果与讨论

3.4. 本章小结

第4章 丁香精油壳聚糖纳米粒子纤维膜的制备及抗菌性能研究

4.1. 引言

4.2. 实验材料和方法

4.3. 结果与讨论

4.4. 本章小结

第5章 冷等离子体与丁香精油壳聚糖纳米粒子纤维膜在蔬菜中的协同应用

5.1. 引言

5.2. 实验材料和方法

5.3. 结果与讨论

5.4. 本章小结

第6章 结论和展望

6.1. 主要结论

6.2. 展望

参考文献

致谢

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