食品级月桂酸单甘油酯微乳体系的构建及其抑菌研究

摘要

微乳液是一种由一定配比的表面活性剂、助表面活性剂、水和油自发形成的各向同性、外观透明或半透明、热力学稳定的分散体系，其液滴粒径约为1～100nm。虽然微乳化技术在药物、化妆品、三次采油等领域已经有了广泛的应用，但在食品领域的研究还处于起步阶段。自1990年第199届美国化学协会论坛开始，食品微乳化逐渐引起研究者的重视，特别是作为生物活性物质的载运体系，已经成为近几年的研究热点。
　　 本论文利用微乳化技术，构建了以月桂酸单甘油酯为油相的食品级微乳体系，测定了其对典型食品腐败菌的抑菌作用，并揭示了食品级微乳液的抑菌机理。主要研究结果如下：
　　 (1)利用拟三元相图，研究了各成分对以月桂酸单甘油酯为油相的食品级微乳体系相行为的影响。结果表明，只由水、油、单一表面活性剂很难形成食品级微乳液，但是当加入短链醇，多元醇、有机酸和盐时能形成食品级微乳体系。短链醇、短链酸、多元醇能大大提高微乳体系中油相的增溶量。有机盐特别是苯甲酸钠，作为助水溶物，也能提高油相的增溶量。吐温20，作为吐温系列中亲水性最强的表面活性剂，对油相的增溶量也是最大的。但是，蔗糖酯、辛癸酸甘油酯和卵磷脂形成微乳液的能力很差。
　　 通过对粘度与pH值的测定结果表明，随着水相的稀释，微乳体系会在某一点从W/O型转变为O/W型，证实了所构建的以月桂酸单甘油酯为油相的食品级微乳体系为U型微乳体系。
　　 (2)构建了三种不同的食品级U型微乳体系，即月桂酸单甘油酯—乙醇—吐温20—乳酸钠—水体系、月桂酸单甘油酯—乙醇—丙二醇—吐温20—苯甲酸钠—水体系、月桂酸单甘油酯—乙醇—吐温80—山梨酸钾—水体系，成功制备了三个微乳液配方，以抑菌率为指标，分别测试其对枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、嗜麦芽窄食单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)、黑曲霉(Aspergillus niger)和意大利青霉(Penicillium italicum)的抑菌效果。结果表明，以月桂酸单甘油酯为油相的微乳体系能够增溶不同抗菌盐类物质，对食品腐败菌(革兰氏阳性、革兰氏阴性细菌以及霉菌)具有很好的抑制效果。在所得微乳液的抑菌效果中，月桂酸单甘油酯起主要抑菌作用，其次为所增溶的抗菌盐类物质。证实了增溶至少两种食品防腐剂于微乳体系的可行性，并初步验证了该体系对食品腐败菌的抑菌作用。
　　 (3)以月桂酸单甘油酯为油相，丙酸为助乳化剂，苯甲酸钠为盐、吐温80为表面活性剂构建U型食品级微乳体系，并测试该微乳体系配方的广谱抑菌作用，结果表明：
　　 微乳液对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、大肠杆菌(Escherichiacoli)、枯草芽孢杆菌的最低杀菌浓度分别是500μL/L、250μL/L、250μL/L。杀菌动力学曲线表明，在最低杀菌浓度下，微乳液在5min内能杀死90％以上的细菌。微乳液对大肠杆菌的抑菌作用要强于金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌，因为在60min后金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌细菌数下降4个数量级左右，而大肠杆菌则被全部杀死。
　　 微乳液对黑曲霉和意大利青霉的最低杀菌浓度分别是500μL/L和1000μL/L。杀菌动力学曲线表明，在最低杀菌浓度下，微乳液能在15min和30min内杀死99％以上的黑曲霉孢子和意大利青霉孢子。微乳液对黑曲霉的抑菌作用要强于意大利青霉，因为120min后黑曲霉孢子数下降5个数量级左右，而意大利青霉孢子数则下降3个数量级左右。
　　 (4)以大肠杆菌和黑曲霉为代表，通过细胞表面疏水性试验和细胞膜通透性试验及超微结构观察，探讨了食品级微乳液对细菌和霉菌的抑菌作用机理。结果表明：
　　 细胞表面疏水性试验和细胞膜通透性试验与微乳液对大肠杆菌的杀菌动力学曲线的趋势是相一致的。这说明微乳液可作用于细菌细胞膜，使得细胞表面疏水性下降和细胞膜通透性增加，导致了细菌的死亡。
　　 细胞膜通透性试验以及采用光学和扫描电子显微镜观察真菌微观结构的变化，与微乳液对黑曲霉在液体和固体培养基中的杀菌结果也相一致，说明微乳液对真菌生长具有良好的抑制效果，对真菌孢子也有很好的杀灭作用，其原因在于微乳液引起真菌细胞壁和生物膜的结构与功能的破坏。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、简写对照表

声明

致谢

第一章文献综述

1食品纳米技术的研究进展

1.1纳米技术

1.2纳米技术在食品科学中的应用

1.3相关法规

2食品纳米材料

2.1纳米分散体系与纳米胶囊

2.2纳米薄膜

2.3纳米纤维和纳米管

2.4功能性成分的设计

3微乳液的研究进展

3.1微乳液的概念

3.2微乳液的制备

3.3拟三元相图

3.4微乳液的配方优化

3.5微乳液的应用

3.6微乳液的应用前景

3.7国内外研究现状

4本项目的研究意义与内容

4.1研究背景及意义

4.2本项目的研究内容和主要方法

第二章各组分形成微乳能力的研究

1引言

2材料与方法

2.1试验材料

2.2微乳相图的研究

2.3增溶能力的评价

2.4粘度测定

2.5 pH值测定

3结果与讨论

3.1助乳化剂对微乳体系相行为的影响

3.2助溶剂对微乳体系相行为的影响

3.3非离子表面活性剂对微乳体系相行为的影响

3.4盐对微乳体系相行为的影响

3.5 U型微乳体系的特性

4本章小结

第三章食品级抗菌微乳液的构建及抑菌作用初探

1引言

2材料与方法

2.1试验材料

2.2微乳配方的确定

2.3抑菌试验

3结果与讨论

3.1月桂酸单甘油酯-乙醇-吐温20-乳酸钠-水体系

3.2月桂酸单甘油酯-乙醇-丙二醇-吐温20-苯甲酸钠-水体系

3.3月桂酸单甘油酯-乙醇-吐温80-山梨酸钾-水体系

4本章小结

第四章食品级广谱抗菌微乳液的优化及抑菌作用研究

1引言

2材料与方法

2.1试验材料

2.2微乳液的确定

2.3微乳液对细菌的抑菌试验

2.4微乳液对细菌的抑菌机理研究

2.5微乳液对霉菌的抑制试验

2.6徼乳液对霉菌的抑制机理

3结果与讨论

3.1微乳体系的构建

3.2微乳配方的确定

3.3微乳液对细菌的抑菌试验

3.4微乳液对细菌的抑菌机理初探

3.5微乳液对霉菌的抑菌试验

3.6微乳液对霉菌的抑菌机理

4本章小结

第五章研究总结与展望

1主要结果

2创新点

3后续研究展望

参考文献

作者简介、博士期间成果目录