乳酸链球菌素-燕麦蛋白-多糖复合保鲜膜的超声波制备技术研究

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近年来,石油基塑料的大量开发和使用加剧了石油资源的消耗,同时对生态环境造成严重影响,开发可降解生物薄膜材料成为食品包装领域的研究热点。燕麦蛋白具有良好的成膜性及天然可降解性,但是纯燕麦蛋白膜存在机械性能较差的缺点,限制了其在食品包装材料的应用;加入普鲁兰多糖制备的复合膜可以改善蛋白膜的机械性能和阻隔性能。超声波的空化效应可以促进蛋白质与多糖分子间的相互作用,进一步提高复合膜的性能。天然复合膜不具备抑菌活性等功能特性使得其应用受限,天然抗菌剂乳酸链球菌素(Nisin)作为目前世界上唯一被允许用作食品添加剂的细菌素具备良好的抗菌活性,将其添加至复合膜中可提高膜的抑菌性能。因此本文选取燕麦蛋白和普鲁兰多糖作为成膜基质,应用多模式超声波技术制备复合膜,优化最佳制备工艺,并加入天然抗菌剂制备负载Nisin的燕麦蛋白/普鲁兰多糖复合膜,研究加入Nisin及超声波处理对复合膜性能和结构的影响;最后将复合膜用于草莓保鲜,以考察其保鲜效果。主要结论如下:(1)优化得到燕麦蛋白/普鲁兰多糖复合膜的制备条件为:基质浓度为4g/100 m L,燕麦蛋白与普鲁兰多糖质量比为2:2,甘油添加量为所占溶质质量比的25%,热处理时间为10 min,热处理温度为70℃,在该条件下复合膜的抗拉伸强度为6.3 MPa,断裂伸长率为78.92%。复合膜的最优超声制备条件为:超声时间10 min,超声频率20/60 k Hz,超声功率50 W/L,在此条件下复合膜的抗拉伸强度和断裂伸长率相较于未超声分别增长了16.17%和70.01%。(2)添加Nisin增效研究发现,添加0.4 g/L Nisin可以提高燕麦蛋白/普鲁兰多糖复合膜的机械性能、避光性、水蒸气阻隔性能、阻氧性、阻湿性和抑菌性。其中抗拉伸强度提高至3.94 MPa,断裂伸长率提高至240.57%,透光率降至51.85%,色差值升至7.54,水蒸气透过率升至5.28×10-11 g/(m·s·Pa),水分含量降至11.69%,透氧性降至4.82 meq/kg,水溶性降至19.21%,对李斯特氏菌有较好的抑菌效果。超声波处理提高了复合膜的机械性能、阻氧性、水蒸气阻隔性能及阻湿性,复合膜断裂伸长率提高至269.96%,水分含量降低至13.93%,透氧性降低至6.33 meq/kg,水溶性下降至77.78%,水蒸气透过率降至5.69×10-11 g/(m·s·Pa)。对负载Nisin复合膜进行超声波处理后,断裂伸长率提高了8.04%,透光率由54.31%上升至62.34%,色差值下降至6.94,水分含量提高至13.65%,透氧性由6.26 meq/kg降至5.97 meq/kg,水溶性由74.79%降至66.46%,结果表明对负载Nisin复合膜进行超声波处理可以进一步提高复合膜的机械性能、阻氧性、阻湿性。(3)负载Nisin的燕麦蛋白/普鲁兰多糖复合膜的结构表征和表面形貌研究发现,经超声波处理后,复合膜表面粗糙度降低,热分解温度提高了3℃,热稳定性上升,结晶度由42.58%降至34.77%,膜内的C-H伸缩振动及C-O键伸缩振动发生了变化;加入Nisin增效后,膜表面更平整,热分解温度下降了4℃,热稳定性下降,结晶度上升至57.24%,C=O伸缩振动发生变化;对负载Nisin膜超声波处理后,膜表面出现明显的小块状突起物,膜的热分解温度无变化,仍具有良好的热稳定性,结晶度下降至42.06%,膜内C-H伸缩振动发生变化。(4)对草莓的保鲜试验结果表明:随着贮藏时间的增加,对照组和不同涂膜处理组对草莓的腐烂率、失重率和p H均呈上升趋势,涂膜处理组降低速度低于对照组,涂膜处理可以有效的延缓草莓果实的腐败变质、水分流失及p H的上升,其中csn-op-pul膜组的效果最佳,相较于未包被膜组,延后7天出现腐烂情况,失重率降低了12.95%,p H减少了0.3。随着贮藏时间的增加,对照组和不同涂膜处理组对草莓硬度呈下降趋势,csn-op-pul膜下降幅度最低,为57.40%,由22.82 g/mm~2下降至9.72 g/mm~2;可溶性固形物含量呈先上升后下降趋势,未包被膜组可溶性固形物在第5天达最大值10.3%后开始下降,涂膜组于第9天达最大值后逐渐下降,表明涂膜处理可以减少草莓表面硬度的损失,降低草莓成熟速度。
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