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茶皂素基香芹酚抗菌乳液的制备、抗菌机理及应用研究

朱薇多  
【摘要】:在食品加工、贮藏过程中,微生物的生长繁殖往往会影响产品的外观、风味、营养成分、货架期等性质,从而对其造成许多负面影响。这就需要利用保鲜剂、抗菌剂等更好的保存食品。然而,目前应用于食品工业中的许多防腐剂大多是人工合成的产品,人们对其安全性存在争议。因此,开发绿色、天然和安全的抗菌剂来替代这些化学合成防腐剂,进一步提高食品品质,保障消费者健康显得尤为重要。抗菌乳液是利用表面活性剂、抗菌剂和脂溶性载体等制备的乳状液,由于它的包埋、缓释和保护活性成分等诸多优势,大大提高了植物精油等天然抗菌剂的抗菌活性,近年来成为本领域的研究热点和重点。本文以天然茶皂素为表面活性剂,香芹酚作为抗菌剂,中碳链脂肪酸甘油三酯(MCT)作为成熟抑制剂,制备了抗菌乳液递送体系,并系统研究了茶皂素基香芹酚抗菌乳液体系的稳定性、抗菌活性、抗菌机理及其在冷却牛肉保鲜中应用,同时以Tween80稳定的体系作为对照,比较了不同表面活性剂稳定的抗菌乳液体系的性质。研究结果为新型天然抗菌乳液的研发提供技术支持和理论支撑。主要研究内容和结果如下:首先,探究了表面活性剂含量与油相组成对乳液抗菌效果和稳定性的影响,通过抑菌圈实验,确定茶皂素基香芹酚抗菌乳液的优化配方为:1%茶皂素和10%油相(60%香芹酚+40%MCT油)。结果发现,Tween80稳定的体系需要更高比例的表面活性剂(5%Tween80)和成熟抑制剂(40%香芹酚+60%MCT油),才能形成与之同样具有较小平均液滴直径的稳定纳米乳液(d190nm);抑菌实验发现,茶皂素基香芹酚乳液对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径达3.57 cm,而Tween80稳定的体系抑菌圈直径只有1.70 cm;茶皂素基香芹酚乳液对金黄色葡萄球菌的MIC值为3.91 mL/L,对大肠杆菌的MIC值为7.81 mL/L,Tween80稳定的香芹酚乳液对金黄色葡萄球菌MIC值为15.63 mL/L,对大肠杆菌MIC值为31.25 mL/L。结果表明茶皂素稳定的体系抗菌活性显著高于Tween80稳定的体系,且对金黄色葡萄球菌的抑制效果优于大肠杆菌。同时,该体系在存储30d仍保持稳定(d250nm),其贮藏稳定性较好。其次,通过菌体形态观察以及模拟香芹酚的分配率、细胞膜通透性、细胞蛋白泄露和细胞膜电位的测定等手段,揭示抗菌递送体系抗菌作用机制。结果发现,1~12 h未经抗菌乳液处理的大肠杆菌菌液电导率从126.1 μs/cm增至137.7 μs/cm,蛋白质泄露量从37.5 μg/mL增至47.9 μg/mL,金黄色葡萄球菌菌液电导率从133.4μs/cm增至137.8μs/cm,蛋白质泄露量从37.8μg/mL增至59.2μg/mL,与此同时,经茶皂素基香芹酚乳液处理的大肠杆菌菌液电导率从143.8 μs/cm增至154.8 μs/cm,蛋白质泄露量从82.0 μg/mL增至104.4 μg/mL,金黄色葡萄球菌菌液电导率从143.2 μs/cm增至161.2μs/cm,蛋白质泄露量从79.2μg/mL增至109.6 μg/mL;经茶皂素基香芹酚乳液处理的大肠杆菌细胞膜电位由409 AU降低至234 AU,金黄色葡萄球菌细胞膜电位由358 AU降低至193 AU;相比于Tween80,茶皂素基香芹酚乳液使抑菌剂(香芹酚)更快、更多的被转移到细菌的细胞中,使细胞膜完整性破坏,细胞中的电解质离子及蛋白质等泄漏,改变细胞膜的通透性,最终导致细胞死亡。综上实验结果表明,茶皂素基香芹酚乳液抗菌效果优于Tween80抗菌乳液,且递送体系对金黄色葡萄球菌的破坏性高于大肠杆菌。最后,使用乳液递送体系处理冷却牛肉后存储于4℃条件下,每5 d测定菌落总数、pH值、挥发性盐基氮(TVB-N)并进行感官评分确定牛肉的新鲜度。研究发现,茶皂素基香芹酚抗菌乳液可延长冷却牛肉的货架期至20 d以上,Tween80稳定的体系将冷却牛肉货架期延长至10~15 d,而空白组的货架期仅有5 d左右。说明茶皂素基香芹酚抗菌乳液对冷却牛肉具有较好的保鲜效果。本研究结果表明,天然茶皂素和植物精油的主要成分香芹酚具有协同抗菌作用,通过构建抗菌乳液递送体系,显著提高了香芹酚的抗菌活性。茶皂素基香芹酚抗菌乳液的组成:1%茶皂素,水相90%、油相10%(60%香芹酚+40%MCT)。由于该递送体系可以使抗菌剂(香芹酚)更快、更多地被转移到细菌的细胞中,使细胞膜的通透性改变、完整性破坏,细胞电解质及蛋白质等泄漏,最终导致细胞死亡,所以其对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌均具有较好的抗菌活性,且对金黄色葡萄球菌的抗菌效果优于大肠杆菌。同时,抗菌乳液贮藏稳定性较好,可以有效延长冷却牛肉货架期至20 d以上。


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