羟丙基-β-环糊精/月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐包合物的制备及应用研究

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近年来,安全高效的食品抗菌剂的研发越来越受到重视。月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐(LAE)因为具有广谱抗菌性、强抗菌能力、快速杀菌效果、高安全性及无色无味等优势而广受关注。然而,由于LAE自身稳定性较差、携带阳离子易与食品中阴离子组分相互作用而削弱其抗菌性能,从而限制其在食品领域的应用范围。为了解决以上问题,本研究制备了一种新型的羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)/LAE包合物,具有良好的稳定性、乳化性及抗菌性。利用该包合物乳化植物精油制备纳米乳液、微胶囊,分别添加到壳聚糖(CS)、淀粉/PBAT薄膜中制备可食用及生物可降解抗菌膜,探究其在草莓保鲜中的应用。研究结果如下:(1)制备了HP-β-CD/LAE包合物,通过FT-IR、XRD、~1H-NMR、SEM验证包合物的形成并推测其结构,探究包合物对LAE综合性能的影响。结果表明:LAE的非极性尾部可能从HP-β-CD的大口端进入其空腔,并从空腔小口端贯穿而出形成中段部分包合的新型包合物。HP-β-CD/LAE包合物提升了LAE的热稳定性;降低了LAE的自聚集,将室温下LAE溶液的p H稳定区间扩大到1~9,同时在4℃冷藏条件下,LAE溶液在p H3~9范围内能存放至少35天不出现析出、沉淀现象;HP-β-CD/LAE包合物具有头部亲水、尾部疏水、外壁亲水的包合结构,提升了LAE的乳化性;同时,避免食品中的阴离子组分与LAE的相互作用,显著提升了LAE的抗菌性能。在阴离子多糖黄原胶存在下,含等量0.2%LAE的包合物将原本LAE对金黄色葡萄球菌的抑菌圈由15.54 mm显著提升至31.64mm,将LAE对大肠杆菌的MIC、MBC分别由0.038 mg/m L、0.055 mg/m L显著降低到0.020 mg/m L、0.039 mg/m L,降低其在实际使用中的添加量。(2)利用HP-β-CD/LAE包合物乳化肉桂精油(CEO),并与适用于工业化的高压微射流结合制备纳米乳液,探究微射流参数对乳液性能的影响。结果表明:随着微射流压力增大、循环次数增加,乳液粒径降低;选择适中的微射流参数(100 MPa、7次循环)可以获得粒径为96.71 nm、PDI为0.139的纳米乳液。该纳米乳液可以在4°C、25°C、40°C稳定储存至少25天,在经受90°C的高温处理后粒径仅为116.33 nm,具有较好的长期储存稳定性和热稳定性。热重分析表明HP-β-CD/LAE包合物的乳化显著提升了CEO的热稳定性能。HP-β-CD/LAE包合物稳定的CEO乳液能同时发挥LAE与CEO的抗菌作用,微射流处理获得的小粒径纳米乳液可以进一步提升抗菌效果,减少各自在实际使用中的剂量。(3)利用高压微射流制备HP-β-CD/LAE包合物稳定的肉桂精油(CEO)、丁香精油(CLO)、百里香精油(TEO)、茶树精油(TTO)纳米乳液,添加到壳聚糖(CS)中制备可食抗菌膜,探究不同精油纳米乳液以及添加量对CS膜性能的影响。结果表明:不同精油纳米乳液对CS膜结构、物理和抗菌性能有一定影响,这与不同精油乳液粒径、精油组分及组分与CS的相互作用有关。其中,添加CEO纳米乳液的CS膜(CS-HL-5CEO)总体性能较好,将CS膜的抗拉强度和断裂伸长率分别由16.48 MPa、31.44%提升至21.05 MPa、36.76%。CS-HL-5CEO还具有良好的阻水性、热稳定性和抗菌性。添加不同量(0%、5%、10%、15%)CEO纳米乳液对CS膜性能有较大影响,5%纳米乳液在膜基质中均匀分散,包合物的乳化提升了体系相容性,进而提升膜的机械性能;10%及15%的乳液则易在膜基质中发生聚集,破坏其连续性,导致CS膜的断裂伸长率由31.44%分别显著下降至18.28%、5.18%。HP-β-CD/LAE包合物稳定的CEO纳米乳液入膜可以提高精油保留率,将储存8天后CS膜中的CEO损失率由72.64%降至60.76%,并发挥缓释效果,提升壳聚糖可食膜的抗菌性能。(4)将制备的HP-β-CD/LAE/CEO纳米乳液,分散于麦芽糊精溶液(MD)中经喷雾干燥制备成微胶囊,并结合挤压吹塑工艺制备含微胶囊的淀粉/PBAT生物可降解抗菌膜,探究添加微胶囊对膜性能的影响以及在草莓保鲜中的应用。结果表明:4%HP-βCD/LAE包合物-3%CEO-9%MD微胶囊具有较小的粒径(3.3μm)和较高的精油包埋率(84.51%)及较好的抗菌性。相对于乳液,微胶囊中外层壁材的保护进一步提升了CEO热稳定性。微胶囊(6.5%)可以填充在淀粉/PBAT的界面空隙中,增强薄膜性能,在保持较好断裂伸长率(243.92%)的同时,提升膜的阻水、阻氧性能,同时表现出优良的抗菌活性。薄膜的包装有效降低了草莓在10天储存(25℃、50%相对湿度)期间的失重率(49.03%)、腐烂率(40.59%),保持较好的硬度和可溶性固形物含量,对霉菌和细菌都有很好的抑制效果,延长了草莓的货架期。
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