抗菌性多糖复合膜的制备及其性能研究

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随着人们对食品包装安全要求的提高以及环保意识的不断增强,以天然聚合物为基材的可食性抗菌包装薄膜正日益成为研究的热点。本课题选择以海藻酸钠、卡拉胶、阿拉伯胶作主要成膜物质,以果胶低聚糖作抗菌剂,来制备可食性抗菌薄膜,并对薄膜的物理性能、抗菌性能以及膜材料中抗菌物质的扩散行为进行了研究。  首先,对酶解法制备果胶低聚糖的工艺进行探索并对果胶低聚糖的抑菌效果进行评价。以酶解产物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈直径大小为指标,分别考察了加酶量、酶解温度、酶解反应时间及缓冲液pH等因素对果胶低聚糖产物抑菌效果的影响。然后在单因素试验的基础上,通过正交试验对果胶酶解工艺进行优化。实验结果得最佳酶解工艺条件为:酶用量75mg/(1g果胶),酶解温度50℃,酶解反应时间90min及缓冲液pH3.5。运用牛津杯法和比浊法分别测定了果胶低聚糖对常见的五种食源性致病菌(金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、沙门氏菌、副溶血弧菌等)和两种鱼类腐败菌(假单胞菌、希瓦氏菌)的抑菌效果,其结果表明果胶低聚糖对7种供试菌种均有良好的抑制作用,且其抑菌作用主要体现在细菌生长的对数期,而对其生长周期影响不大。  其次,运用单因素和响应面分析法优化多糖基复合膜的制备工艺。试验结果得多糖基复合膜的最优化组合为:海藻酸钠溶液(质量分数2%)添加量为90.25g,卡拉胶溶液(质量分数为2%)添加量为60.16g,阿拉伯胶溶液(质量分数为2%)添加量为51.75g,甘油添加量为干物重的0.382倍。在此条件下,复合膜的抗拉伸强度、断裂伸长率、水蒸气透过率的理论值分别为10.15MPa、8.64%、1.6221 g.mm.m-2.d-1.Kpa-1,与实际值相近。采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和差示扫描量热仪(DSC)对多糖膜样品进行测定,其分析结果表明复合膜各组分间相容性良好。  再次,对多糖复合膜进行交联改性。通过对交联改性复合膜物理性能的测定,确定交联剂CaCl2溶液的质量分数为2%,交联次数为5次。通过对不同果胶低聚糖添加量的抗菌活性薄膜的物理性能及抑菌性能测试,确定果胶低聚糖添加量为1.44%~2.88%时,既保证了复合膜良好机械性能又具有良好的抗菌活性。通过FTIR、DSC相容性分析得Ca2+和果胶低聚糖分子都与复合体系分子间存在相互作用,形成了新的稳定结构体系,抗菌复合膜共混体系相容性良好。  最后,选用10%乙醇、50%乙醇、4%乙酸及正己烷四种食品模拟液,研究了抗菌活性包装薄膜中果胶低聚糖的迁移行为。实验结果表明抗菌薄膜中果胶低聚糖的迁移行为很大程度上受食品模拟液性质的影响。通过对不同时间下果胶低聚糖迁移率的测定,并利用MATLAB软件对Fick公式拟合得出果胶低聚糖含量为1.44%、2.16%、2.88%(w/w)的抗菌活性包装薄膜在10%乙醇模拟液中的迁移系数分别为6.12、6.76、7.03(×10-8cm2/s),在50%乙醇模拟液中迁移系数分别为5.46、5.49、5.52(×10-8cm2/s),在4%乙酸模拟液中的迁移系数分别为7.12、7.46、7.79(×10-8cm2/s),而果胶低聚糖在正己烷溶液中基本不发生迁移。抗菌膜中果胶低聚糖迁移模型的研究为可食性抗菌膜在食品体系中的实际包装应用提供理论依据。
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