基于光动力技术的明胶/壳聚糖/姜黄素抑菌复合膜的制备及其对虾仁品质的影响

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为了开发新型的可降解抑菌薄膜以替代石油基食品包装材料从而降低能源消耗,延长食品保存期,本研究建立了一种高效的姜黄素(Curcumin,Cur)介导的光动力技术(Photodynamic Technology,PDT)并将其运用到食品包装中。光动力灭活(Photodynamic Inactivation,PDI)是一种利用可见光与光敏剂相结合对食源性致病菌产生生物活性的新型非热杀菌技术。以明胶(Gelatin,GEL)和壳聚糖(Chitosan,CS)为成膜材料,添加天然食品色素Cur制备可食性复合膜。根据本研究的结果可以得出,将Cur纳入以生物聚合物为基础的膜运载体系,借助PDI作用是一种具有良好发展前景的制备食品包装膜的新思路,在食品包装行业微生物控制中具有巨大的应用潜力。具体研究结论如下:(1)本研究第二章以GEL和CS为成膜材料,通过溶液流延法制备可食性GEL/CS复合薄膜,并使用正交试验对复合膜进行工艺优化。通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等对最优工艺组的复合膜的内部微观结构和表面形貌进行表征。通过正交试验得出,当GEL浓度为1.5%,CS浓度为1%,GEL:CS为4:6时,并添加0.3%甘油作为增塑剂,得到了具备良好的机械性能(抗拉强度为14.12 k Pa,断裂伸长率为53.19%)和较低的水蒸气透过率(0.3089 g·mm·m-2·h-1·k Pa-1)的性能最优的可食性复合膜。对GEL/CS复合膜的内部微观结构和表面形貌进行分析可知GEL和CS分子间存在较强的相互作用,具有良好的相容性。(2)第三章制备了具有PDI效能的GEL/CS/Cur功能膜。通过对GEL/CS/Cur(0.025,0.05,0.1,0.2 mmol/L)复合膜的表面形貌、化学结构、透光率、力学性能、光化学和热稳定性等方面的评价,研究了该薄膜的性能。结果表明,GEL/CS/Cur复合膜中分子间具有较强的相互作用和良好的相容性。Cur的加入改善了薄膜的厚度、力学性能和溶解度等特性。更重要的是,当Cur浓度为0.1 m M时,Cur介导的PDI在蓝光LED(455±5 nm)照射70 min(15.96 J/cm~2)后,使单增李斯特菌、大肠杆菌和腐败希瓦氏菌的活细胞数>4.5 Log10 CFU/m L(>99.99%)灭活。当Cur浓度为0.2 m M时,单增李斯特菌和腐希瓦氏菌在光照70 min后完全灭活,副溶血性弧菌的灭活效果最高。本研究表明,在生物聚合物基薄膜传输系统中加入Cur,并结合光动力活化,为食品包装薄膜的制备提供了一个很有前途的选择。(3)为了评估PDI技术在水产品保鲜中的效果,本研究使用GEL/CS/Cur复合膜包覆虾仁,分析虾仁在PE包装、GEL/CS/Cur薄膜包装(L+和L-处理)下,虾仁的颜色、质构、p H、TVB-N等在贮藏期间的变化情况。结果表明,PDI处理抑制了虾仁中微生物的生长。当GEL/CS/Cur复合膜的Cur浓度为0.2 m M,辐照时间为1.5 h(20.52 J/cm~2)时,单增李斯特菌、副溶血性弧菌和腐败希瓦氏菌均不能检出,大肠杆菌细胞数降至1.04 Log10 CFU/g。PDI处理对虾仁的质量保证起着至关重要的作用。虾仁在贮藏期间,PDI处理组虾仁的色差、水分流失情况、组织质地比其他两组处理组变化小;对p H值的降低、挥发性盐基氮(TVB-N)的产生有着明显的抑制作用。感官评分也证明了基于PDI技术的GEL/CS/Cur复合薄膜能够保证食品的新鲜度。
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