CN103815520B - 一种交联壳聚糖食品防腐剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交联壳聚糖食品防腐剂的制备方法：向醋酸水溶液中加入壳聚糖原料，得壳聚糖原料液，加入α淀粉酶酶解，灭活后，冷却过滤，滤液加水稀释，所得稀释液中加入吐温80，然后机械搅拌乳化，乳化后加入硫酸铁，搅拌反应后，滴加三聚磷酸钠水溶液，滴加完毕后停止搅拌，制得螯合铁离子的交联壳聚糖溶液；再加入食盐，搅拌溶解完全，真空加热干燥至水份含量5wt%以下，所得粉末即为交联壳聚糖食品防腐剂；干燥后的交联壳聚糖食品防腐剂中壳聚糖的质量分数为2.5%。本发明的有益效果为：交联壳聚糖作为食品防腐剂，人体安全性良好，且杀菌效果达到了现行国家已批准使用的食品防腐剂的水平。
Description
技术领域：
本发明涉及一种交联壳聚糖食品防腐剂及其制备方法和应用，属于食品添加剂制造领域
背景技术：
壳聚糖具有较好的杀菌效果已有大量的公开报道，但与常用的食品防腐剂比较，杀菌效果尚不够强，达不到食品防腐的要求。壳聚糖属海洋生物资源产品，其在人体胃液中可降解为单糖（氨基葡萄糖）或寡糖，而其单糖和寡糖是对人体有益的功能成分，因而作为食品防腐剂应用，人体安全性很高。为此，国内外科技人员为提高壳聚糖的杀菌效果开展了大量的研究，也取得一定的进展。如将锌银化合物纳米粒附着于壳聚糖，可明显提高其杀菌效果；或以戊二醛共价交联壳聚糖，制成粒径50～100纳米的纳米粒，杀菌效果可达到现行食品防腐剂的水平。但锌银纳米粒和戊二醛对人体健康均有一定的影响，故实际应用尚有困难。
发明内容
本发明为提高壳聚糖的杀菌效果，使之能达到食品防腐的要求，研究了铁离子螯合离子交联的制备方法，制成的交联壳聚糖杀菌效果可达到现行食品防腐剂的水平，为人类提供一种高安全性的食品防腐剂。
本发明采用的技术方案是：
一种交联壳聚糖食品防腐剂的制备方法，所述方法为：
向体积分数1.0～2.0%的醋酸水溶液中加入壳聚糖原料，壳聚糖的加入质量以醋酸水溶液的体积计为0.02～0.03g/mL，搅拌溶解，调pH值至4.0～6.0（优选4.5～5.5），得壳聚糖原料液，壳聚糖原料液中按每克壳聚糖加500～1000活力单位的量加入α淀粉酶，然后在40℃～70℃（优选45～60℃）保温下，搅拌酶解反应1～2小时，制得平均分子量5万～15万的壳聚糖，酶解反应结束后反应液加热至沸腾，杀灭淀粉酶活力，冷却至室温，过滤，所得滤液加去离子水稀释至壳聚糖的浓度为0.006～0.013g/ML（优选0.0077～0.012g/mL），调pH至3.0～5.0，所得稀释液中加入吐温80，吐温80的加入质量以稀释液的体积计为0.4～1.2mg/L，然后机械搅拌乳化10～25分钟，乳化后保持机械搅拌，加入硫酸铁，硫酸铁的加入质量以稀释液的体积计为120～360微克/毫升（优选120～300微克/毫升），再搅拌5～8分钟，静置10～30分钟后，在搅拌下向所得混合液中滴加1.2～2.0克/升的三聚磷酸钠水溶液，所述三聚磷酸钠水溶液中三聚磷酸钠的质量为壳聚糖质量的4.0～7.0%（优选5.0～6.7%），滴加完毕后停止搅拌，制得螯合铁离子的交联壳聚糖溶液；
在上述制得的螯合铁离子的交联壳聚糖溶液中加入食盐，搅拌溶解完全，真空加热干燥至水份含量5wt%以下，所得粉末即为交联壳聚糖食品防腐剂；所述食盐的加入量是按壳聚糖原料的质量计，使干燥后的交联壳聚糖食品防腐剂中壳聚糖的质量分数为2.5%。
本发明所述方法中，所述原料壳聚糖、醋酸、α淀粉酶、吐温80、三聚磷酸钠、硫酸铁、硫酸、氢氧化钠均为食品级或以上。
所述调pH值至4.0～6.0一般可用1.0～2.0mol/L的氢氧化钠水溶液调pH值至4.0～6.0。
所述调pH至3.0～5.0一般可用1.0～2.0mol/L的硫酸调pH至3.0～5.0。
所述机械搅拌乳化优选在500～1500转/分钟转速下进行机械搅拌乳化，乳化时间为10～25分钟。
所述滴加1.2～2.0克/升的三聚磷酸钠水溶液一般按1.0～4.0毫升/分钟的速度滴加。
所述真空加热干燥一般是在0.1大气压的真空条件下，70℃干燥。
本发明还提供按上述方法制得的交联壳聚糖食品防腐剂。
本发明提供的交联壳聚糖食品防腐剂可作为食品防腐剂的应用。
本发明工艺特点在于，以α淀粉酶酶解得到分子量5-15万的壳聚糖，然后以吐温80乳化壳聚糖水溶液后再进行离子交联，加入硫酸铁，制得螯合铁离子的交联壳聚糖。
本发明的有益效果在于：本发明所研制的交联壳聚糖，选用的α淀粉酶、吐温80、三聚磷酸钠、硫酸铁及醋酸、硫酸、氢氧化钠均达到食品级的要求，壳聚糖在人体胃液中将降解为单糖（氨基葡萄糖）和寡糖，氨基葡萄糖及其寡糖是对人体健康有益成分，因而，交联壳聚糖作为食品防腐剂，人体安全性相当高。本发明所研制的交联壳聚糖杀菌效果达到了现行国家已批准使用的食品防腐剂的水平，并且具有很高的人体安全性。本发明的交联壳聚糖防腐剂产品与目前我国及国际上许多国家已批准使用的，被认为人体安全性良好的食品防腐剂乳酸链球菌素作杀菌比较，按乳酸链球菌素的杀菌方法开展比较试验，结果表明交联壳聚糖的杀菌性能优于乳酸链球菌素。
具体实施方式
下面以具体实施例来对本发明方案进行进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：食品级醋酸10ml加入490ml去离子水，搅拌均匀，得醋酸水溶液。在醋酸水溶液中加入12.5g脱乙酰度92.5%的食品级壳聚糖（浙江金壳生物化学有限公司生产），搅拌至壳聚糖溶解均匀，用1.0M的氢氧化钠水溶液调pH至5.0，配入10000活力单位的α淀粉酶(上海楷洋生物技术有限公司生产)，在55℃下保温搅拌酶解1.5小时，将反应液加热至沸，杀灭α淀粉酶活力，冷至室温，过滤酶解液，以粘度法测定滤液中酶解所得壳聚糖平均分子量，结果为11.6万。在滤液中加入去离子水至总体积1300mL，搅拌均匀，得到壳聚糖浓度为0.0096g/mL的水溶液，用1.0M的硫酸调pH至3.5，加入1.0g食品级吐温80（上海青析化工科技有限公司生产），搅拌溶解完全，以800转/分钟机械搅拌乳化，搅拌持续15分钟。保持300转/分钟的机械搅拌下加入0.3g分析纯的硫酸铁，搅拌7分钟，静置15分钟。称取食品级三聚磷酸钠（上海青析化工科技有限公司生产）0.63克，配入400毫升去离子水中，得到浓度为1.58克/升的三聚磷酸钠水溶液，在500转/分钟的机械搅拌下，以2.0毫升/分钟的速度滴加至壳聚糖溶液中。滴加完毕，停止搅拌。向溶液中加入465克食盐，搅拌使食盐完全溶解。在0.1大气压的真空条件下，70℃干燥至水份4.0%，得到粉末状产品501g，即为螯合铁离子的交联壳聚糖食品防腐剂产品，以食盐为基质，螯合铁离子的交联壳聚糖中壳聚糖的质量分数为2.5%。
将交联壳聚糖防腐剂产品与目前我国及国际上许多国家已批准使用的，被认为人体安全性良好的食品防腐剂乳酸链球菌素作杀菌比较，按乳酸链球菌素的杀菌方法开展比较试验，乳酸链球菌素也为质量分数2.5%的食盐基料产品，试验方法如下：
以金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、大肠杆菌(Escherichia coli)为试验菌，经培养并稀释至细胞数为1*106/mL，即为试验菌液。
分别称取交联壳聚糖产品和市售的食品防腐剂乳酸链球菌素，将其溶于pH为3.5的稀盐酸溶液中，配成不同浓度的溶液，为抗菌样品。
制备试验菌培养基平板：取9.8mL试验菌液于已灭菌的试管中，在试管中加入0.2mL抗菌样品，并调pH为5.5，待充分混匀后，取出0.2mL涂布于相应的固体平板上，每个不同抗菌样品的平板均制备3个，细菌37℃培养18～24h。观察并记录各平板的菌落个数，同一抗菌样品的平板菌落个数取平均值。
再做一组pH为3.5稀盐酸对照组，在9.8mL试验菌液中加入0.2mLpH为3.3的稀盐酸，混合后再调pH为5.5，然后从中取0.2mL涂布于相应的固体平板上。稀盐酸对照组对试验的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为(30.80±1.02)%，(21.60±0.89)%。
另外再做一组空白对照组，在9.8mL试验菌液中加入0.2mL无菌水，混合后再调pH为5.5，从中取0.2mL涂布于相应的固体平板上，涂布均匀后。根据试验菌的不同培养条件倒置于生化培养箱培养。最后根据杀菌率公式计算不同的抗菌样品的杀菌率。
具体实验步骤如下：
购买市售的食品防腐剂乳酸链球菌素，含量为2.5%质量分数，其余为食盐。两种抗菌剂产品分别配浓度为25μg·mL-1、50μg·mL-1的水溶液，按上述试验方法开展杀菌对比试验。交联壳聚糖产品25μg·mL-1浓度的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为92.3%，90.7%，50μg·mL-1浓度的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为95.2%，94.6%。乳酸链球菌素25μg·mL-1浓度的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为78.9%，80.1%，50μg·mL-1浓度的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为86.8%，92.3%。
实施例2：食品级醋酸5ml加入495ml去离子水，搅拌均匀，得醋酸水溶液。在醋酸水溶液中加入10g脱乙酰度91.6%的食品级壳聚糖（浙江金壳生物化学有限公司生产），搅拌至壳聚糖溶解均匀，用2.0M的氢氧化钠水溶液pH至4.5，配入6000活力单位的α淀粉酶(上海楷洋生物技术有限公司生产)，在45℃下保温搅拌酶解2.0小时，将反应液加热至沸，杀灭α淀粉酶活力，冷至室温，过滤酶解液，以粘度法测定滤液中酶解所得壳聚糖平均分子量，结果为8.2万。滤液中加入去离子水至总体积1300mL，搅拌均匀，得到壳聚糖浓度为0.0077g/mL的水溶液，用1.5M的硫酸调pH至4.5，加入0.60g食品级吐温80（上海青析化工科技有限公司生产），搅拌溶解完全，以700转/分钟机械搅拌乳化，搅拌持续10分钟。保持300转/分钟的机械搅拌下加入0.16g分析纯的硫酸铁，搅拌5分钟，静置20分钟。称取食品级三聚磷酸钠（上海青析化工科技有限公司生产）0.52克，配入400毫升去离子水中，得到浓度为1.3克/升的三聚磷酸钠水溶液，在500转/分钟的机械搅拌下，以4.0毫升/分钟的速度滴加至壳聚糖溶液中。滴加完毕，停止搅拌。向溶液中加入375克食盐，搅拌使食盐完全溶解。在0.1大气压的真空条件下，70℃干燥至水份3.5%，得到粉末状产品401g，即为螯合铁离子的交联壳聚糖防腐剂产品，以食盐为基质，螯合铁离子的交联壳聚糖中壳聚糖的质量分数为2.5%。
购买市售的食品防腐剂乳酸链球菌素，含量为2.5%质量分数，其余为食盐。两种抗菌剂产品配浓度为25μg·mL-1、50μg·mL-1的水溶液，按实施例1的试验方法开展杀菌对比试验。交联壳聚糖产品25μg·mL-1浓度的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为92.7%，90.5%，50μg·mL-1浓度的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为95.3%，94.1%。乳酸链球菌素25μg·mL-1浓度的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为79.2%，80.6%，50μg·mL-1浓度的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为86.5%，92.5%。
实施例3：食品级醋酸10ml加入490ml去离子水，搅拌均匀，得醋酸水溶液。在醋酸水溶液中加入15g脱乙酰度92.4%的食品级壳聚糖（浙江金壳生物化学有限公司生产），搅拌至壳聚糖溶解均匀，用1.0M的氢氧化钠水溶液调壳聚糖的pH至5.5，配入15000活力单位的α淀粉酶(上海楷洋生物技术有限公司生产)，在60℃下保温搅拌酶解1.0小时，将反应液加热至沸，杀灭α淀粉酶活力，冷至室温，过滤酶解液，以粘度法测定滤液中酶解所得壳聚糖平均分子量，结果为9.9万。在滤液中加入去离子水至总体积1300mL，搅拌均匀，得到壳聚糖浓度为0.0115g/mL的水溶液，用1.0M的硫酸调pH至4.0，加入1.5g食品级吐温80（上海青析化工科技有限公司生产），搅拌溶解完全，以800转/分钟机械搅拌乳化，搅拌持续25分钟。保持300转/分钟的机械搅拌下加入0.46g分析纯的硫酸铁，搅拌8分钟，静置15分钟。称取食品级三聚磷酸钠（上海青析化工科技有限公司生产）1.0克，配入500毫升去离子水中，得到浓度为2.0克/升的三聚磷酸钠水溶液，在500转/分钟的机械搅拌下，以1.0毫升/分钟的速度滴加至壳聚糖溶液中。滴加完毕，停止搅拌。向溶液中加入555克食盐，搅拌使食盐完全溶解。在0.1大气压的真空条件下，70℃干燥至水份4.5%，得到粉末状产品602g，即为螯合铁离子的交联壳聚糖防腐剂产品，以食盐为基质，螯合铁离子的交联壳聚糖中壳聚糖的质量分数为2.5%。
购买市售的食品防腐剂乳酸链球菌素，含量为2.5%质量分数，其余为食盐。两种抗菌剂产品配浓度为25μg·mL-1、50μg·mL-1的水溶液，按实施例1的试验方法开展杀菌对比试验。交联壳聚糖产品25μg·mL-1浓度的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为92.6%，90.5%，50μg·mL-1浓度的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为95.4%，94.3%。乳酸链球菌素25μg·mL-1浓度的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为79.2%，80.3%，50μg·mL-1浓度的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为86.7%，92.5%。
Claims (8)
1.一种交联壳聚糖食品防腐剂的制备方法，其特征在于所述方法为：
向体积分数1.0～2.0％的醋酸水溶液中加入壳聚糖原料，壳聚糖的加入质量以醋酸水溶液的体积计为0.02～0.03g/mL，搅拌溶解，调pH值至4.0～6.0，得壳聚糖原料液，壳聚糖原料液中按每克壳聚糖加500～1000活力单位的量加入α淀粉酶，然后在40℃～70℃保温下，搅拌酶解反应1～2小时，酶解反应结束后反应液加热至沸腾，冷却至室温，过滤，所得滤液加去离子水稀释至壳聚糖的浓度为0.006～0.013g/mL，调pH至3.0～5.0，所得稀释液中加入吐温80，吐温80的加入质量以稀释液的体积计为0.4～1.2mg/L，然后机械搅拌乳化10～25分钟，乳化后保持机械搅拌，加入硫酸铁，硫酸铁的加入质量以稀释液的体积计为120～360微克/毫升，再搅拌5～8分钟，静置10～30分钟后，在搅拌下向所得混合液中滴加1.2～2.0克/升的三聚磷酸钠水溶液，所述三聚磷酸钠水溶液中三聚磷酸钠的质量为壳聚糖质量的4.0～7.0％，滴加完毕后停止搅拌，制得螯合铁离子的交联壳聚糖溶液；
在上述制得的螯合铁离子的交联壳聚糖溶液中加入食盐，搅拌溶解完全，真空加热干燥至水分含量5wt％以下，所得粉末即为交联壳聚糖食品防腐剂；所述食盐的加入量是按壳聚糖原料的质量计，使干燥后的交联壳聚糖食品防腐剂中壳聚糖的质量分数为2.5％。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述调pH值至4.0～6.0是用1.0～2.0mol/L的氢氧化钠水溶液调pH值至4.0～6.0。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述调pH至3.0～5.0是用1.0～2.0mol/L的硫酸调pH至3.0～5.0。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述机械搅拌乳化是在500～1500转/分钟转速下进行机械搅拌乳化，乳化时间为10～25分钟。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述滴加1.2～2.0克/升的三聚磷酸钠水溶液是按1.0～4.0毫升/分钟的速度滴加。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述真空加热干燥是在0.1大气压的真空条件下，70℃干燥。
7.如权利要求1～6之一所述的方法制得的交联壳聚糖食品防腐剂。
8.如权利要求7所述的交联壳聚糖食品防腐剂作为食品防腐剂的应用。
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Legal Events
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Application publication date: 20140528 Assignee: QINGYUAN ZUISANGONG WINE INDUSTRY Co.,Ltd. Assignor: JIANG University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980037301 Denomination of invention: A cross-linked chitosan food preservative and its preparation method and application Granted publication date: 20150603 License type: Common License Record date: 20230703 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |