负载原花青素的纳米颗粒/壳聚糖膜的构建及其在鱼肉保鲜中的应用

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食品包装有助于调控食品及其周围条件,减少在贮藏和流通过程中的腐败变质,对食品的质量控制和安全保障起着至关重要的作用。与不可降解的合成聚合物包装材料相比,由天然生物聚合物制备的生物活性薄膜在食品包装应用中显示出巨大的潜力。其中,壳聚糖是含量仅次于纤维素的天然多糖,具备来源丰富、成膜性好、生物相容性高、可生物降解等优点,在食品包装中的应用潜力极大。但是,由单一壳聚糖(CH)制备的薄膜存在抗氧化性、机械性能与阻隔性能差等缺陷,直接与活性物质共混容易受环境条件影响导致其活性下降。本文首次以壳聚糖/硫酸软骨素(CH/CS)为载体制备负载原花青素(PC)的纳米颗粒(NPs),与壳聚糖溶液共混通过流延法制备出性能优良的纳米颗粒-壳聚糖(CH-NPs)复合膜,并用于冷藏草鱼片的保鲜,具体研究内容如下:首先,采用CH/CS的体系对PC进行封装,并引入超声处理来制备CH/CS-PC NPs。超声处理通过声空化效应将络合物破碎成NPs,同时诱导了酰胺键的形成,促进CH和CS的交联,超声时间为1 min时NPs的粒径最小。CH/CS质量比、CH/CS总浓度、PC浓度、p H等制备参数通过调控聚电解质的电荷、电离程度、结合位点等条件从而影响NPs的粒径、电位、包封率和荷载能力,在以上制备参数分别为1:3、1.5 mg/m L、0.5mg/m L、3.25时,制备得到的CH/CS-PC NPs具有293 nm的粒径、-21.8 m V的Zeta电位、37.5%的PC包封率和11.1%的荷载能力。通过观察负载PC和空白NPs的微观形态,发现PC的加入会导致NPs的形状畸变和聚集,且导致粒径增加。相比游离的PC溶液,负载PC的NPs悬浊液在光照条件储存后显示出更高的自由基清除率,表明CH/CS结构对PC活性具有保护作用。将NPs悬浊液与CH溶液混合,通过流延法制备CH-NPs复合膜,探究了NPs添加比例(4%、8%、12%、16%)对复合膜的性能影响。CH/CS-PC NPs分散并嵌入CH膜基质中,两者之间具有良好的相容性,随着添加比例的增加,薄膜表面粗糙度增加,抗氧化性能和紫外-可见光阻隔能力增强。电位测定、FTIR和流变试验表明NPs与CH膜基质之间存在氢键和静电相互作用,薄膜的截面形态和SAXS分析表明NPs的的添加使得膜基质的CH聚集体尺寸减小,复合膜结构变得更加致密。因此,CH-NPs复合膜呈现出比CH膜更强的机械性能和水蒸气、氧气阻隔性能。NPs-16%膜的拉伸强度比对照组高88.4%,断裂伸长率、水蒸气透过率和氧气透过率分别比对照组低24.4%、22.7%和34.7%。NPs的添加进一步增强了CH膜的抑菌性能,可以有效抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和鱼类特定腐败菌(铜绿假单胞菌和嗜水气单胞菌)。此外,CH/CS对PC的包封作用减缓了环境对PC抗氧化活性的损伤,在紫外/热处理1 h-2 h后,CH-NPs膜的自由基清除率比PC和CH共混膜高7.1%-94.3%。最后,用CH-NPs(NPs-16%)复合膜对鱼片进行包裹,用于冷藏草鱼片的保鲜,探究了PE保鲜膜、CH膜和CH-NPs膜对鱼肉品质的影响。结果表明,CH-NPs膜对于鱼肉的颜色和p H没有不良影响,复合膜表面粗糙度大,减小了与鱼肉的接触面积,在贮藏后期没有粘附和破损的现象,具有比CH膜更好的包装特性。CH膜和CH-NPs膜包裹的鱼肉在质构、TBARS、总巯基含量、TVB-N、生物胺等理化指标和微生物分析中均优于对照组。CH-NPs膜由于更强的抗氧化、抗菌和阻隔氧气的性能,可以更好地抑制微生物生长、延缓脂质和蛋白质的氧化。贮藏第8天时,CH-NPs组鱼肉的TBARS值和巯基被氧化的含量分别比对照组低51.1%和38.0%,菌落总数比对照组低2.24 log10CFU/g。CH-NPs复合膜具有作为活性包装对生鲜水产品保鲜的潜力。
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