CN104920584B - 一种壳聚糖‑Nisin核壳微球及其制备方法与应用 - Google Patents

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本发明公开了一种壳聚糖‑Nisin核壳微球及其制备方法与应用,所述壳聚糖‑Nisin核壳微球为壳聚糖包覆Nisin的核壳材料,该材料的制备是在酸性条件下用壳聚糖对乳酸链球菌进行包埋,形成包合物,以降低其空间阻力,提高其稳定性,增强其抗菌活力,降低环境影响,使其功效在不同环境中得到保证,同时具有良好的生物相容性、低毒性、生物可降解性等优点。非常适合于水产品(保鲜条件为中性或碱性),特别是黄鱼鲳鱼和带鱼的保鲜。

Description

一种壳聚糖-Nisin核壳微球及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种适用于水产品保鲜的壳聚糖-Nisin核壳微球及其制备方法,并将壳聚糖-Nisin核壳微球用于鱼类的保鲜。
背景技术
壳聚糖应用广泛,目前越来越多应用于生物医学包括药物输送、基因传递、伤口痊愈、抗菌应用、组织工程、疫苗的传递。壳聚糖的诸多应用归功于它优异的功能多样性,它能以溶液、凝胶及纳米或微粒的形式得以利用。壳聚糖纳米/微粒系统可在促进基因、蛋白质生物制剂和抗原的递迭等特别功能方面得到应用。当开发壳聚糖纳米/微粒系统应用于药物或者蛋白质的传递时,对粒径、粒度分布、表面电荷等特性的控制十分重要,因为这些参数对释放动力学有重要影响。但是,由于市售壳聚糖分子量大、水溶性差,而使其应用受到极大限制。
天然抗菌肽是一类广泛存在于自然界中的小肽类物质,是机体先天性免疫的主要成分,对细菌、真菌、寄生虫、病毒、肿瘤细胞等有着广泛的抑制作用。随着抗生素耐药微生物的出现,抗菌肽在医药行业和食品添加剂行业得到越来越广泛的应用。其中,乳酸链球菌素(Nisin) 已获得国标允许在部分食品中进行实际应用。然而Nisin的生物学活性经常因为与食物中的某些成分(如蛋白质、脂质和促代谢酶等)相互作用而丧失,严重影响其功效;另外,Nisin抗菌谱窄且只能在pH低的条件下发挥活性。
水产品具有味道鲜美,营养价值高等特点,深受消费者的青睐。但是,由于水产品自身蛋白质和水含量较高,在加工、运输、贮藏等环节易被微生物污染而腐败。因此,水产品保鲜主要是控制水产品中微生物的生长繁殖。目前,我国水产品保鲜主要有物理法和化学法。物理法主要是通过低温、辐照、气调等方式来实现,化学法则是利用化学防腐剂。其中,低温保鲜存在温度设定要求高,配套设施投资较大等缺点,限制了其在水产品中的应用。化学防腐剂的使用使得微生物产生抗药性而影响抑菌效果,且化学防腐剂还会在水产品中残留,存在安全隐患。物理和化学法保鲜远远不能满足人们对鲜活水产品及其制品的需求,因此,天然、无毒、经济适用的水产品保鲜剂具有巨大的优势。
发明内容
本发明的目的是克服Nisin抗菌谱窄,且只能在pH低的条件下发挥活性等缺点,提供一种壳聚糖-Nisin核壳微球及其制备方法与应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种壳聚糖-Nisin核壳微球,所述壳聚糖-Nisin核壳微球的核是Nisin颗粒,壳是分子量为5W~10W的壳聚糖,微球的粒径为600~1100nm。
上述壳聚糖-Nisin核壳微球的制备方法包括以下步骤制备:
(1)壳聚糖溶液的制备:将1-3g壳聚糖溶于0.9L纯水中,混合均匀后加入9~18ml的无水冰醋酸,得到壳聚糖溶液;
(2)壳聚糖-Nisin悬浮液的制备:向上述壳聚糖溶液中加入Nisin,所述Nisin与壳聚糖质量比为1:1~3,待混合均匀后,以0.5~6ml/min的速度加入0.1L浓度为0.5M沉淀盐溶液,再加入5~10ml的吐温80作为非离子稳定剂,在磁力搅拌下搅拌2-5h;
(3)干燥:将步骤(2)所得的悬浮液离心10min,弃去上清液,将沉淀物保存于-80℃冰箱中,冻干,最后得到壳聚糖-Nisin核壳微球。
进一步地,所述沉淀盐溶液为柠檬酸钠水溶液或硫酸钠水溶液。
进一步地,所述步骤3中,悬浮液离心的转速为4000r/min以上。
上述壳聚糖-Nisin核壳微球的应用为:将壳聚糖-Nisin核壳微球用于保鲜条件为中性或碱性的水产品的保鲜。
本发明在酸性条件下用壳聚糖对乳酸链球菌进行包埋,形成包合物,降低其空间阻力,提高其稳定性,增强其抗菌活力,降低环境影响,使其功效在不同环境中得到保证,同时具有良好的生物相容性、低毒性、生物可降解性等优点。非常适合于水产品,特别是黄鱼鲳鱼和带鱼的保鲜。具体包括以下有益效果:
(1)本发明Nisin颗粒外包覆壳聚糖,形成壳聚糖-Nisin核壳结构,包覆后的颗粒大小为600~1100nm,而细菌等微生物的大小约为微米级,这样便于Nisin和细菌间的特异性作用和静电作用,提高了其抑菌效果;
(2)壳聚糖本身也具备良好的成膜性和抑菌作用,用壳聚糖包覆Nisin不仅提高了Nisin的杀菌作用,同时,壳聚糖的成膜性有利于防腐剂(Nisin)在水产品表面形成一个致密的隔离膜,将水产品与外界细菌隔离。此外,壳聚糖-Nisin核壳微球相当于一个控释系统,芯材Nisin的释放速度具有可控性,能延长其抑菌时间,最大程度上保持水产品的营养和感官特性,延长其货架期。
(3)本发明用壳聚糖对Nisin进行包埋,形成的壳聚糖-Nisin核壳微球与游离态Nisin相比,空间阻力下降,稳定性提高,抗菌活力增强,在中性或碱性的食品基质也能发挥良好的抑菌活性,改善了Nisin只能在pH低的条件下才能发挥抑菌活性的缺点,大大提高了其使用范围和效率,为Nisin在水产品中的保鲜开辟了新的道路。
(4)通过控制核壳材料的配比、沉淀盐的添加速度、反应时间,相比于现有技术,大大提高了对Nisin包埋率。
(5)本发明提供的一种适用于水产品保鲜的壳聚糖包埋Nisin的制备方法简单易行,工艺合理。
附图说明
图1本发明工艺流程示意图;
图2a 为未包埋Nisin 的壳聚糖颗粒的SEM图,图2b为实施例1制备得到的壳聚糖-Nisin 核壳微球的SEM图。
具体实施方式
不同于现有的包埋技术,本发明制备壳聚糖-Nisin核壳微球的基于以下原理:壳聚糖分子结构中含有大量的羟基、氨基及部分乙酰氨基等基团,在稀酸中,其中的-NH2被质子化为-NH3 +,破坏分子中原有氢键和晶格,壳聚糖溶解,此时壳聚糖成为一种带正电荷的线形聚电解质。由于Nisin分子末端含有氨基和羧基,且Nisin分子通过硫醚键形成五个内环,具有两亲结构。因此,壳聚糖中的-OH可与Nisin中的-COOH作用,Nisin的疏水区域处于核心位置,亲水区域与壳聚糖相邻,壳聚糖处于最外层。由当加入沉淀盐后,使得壳聚糖的溶解度下降,处于外层的壳聚糖分子主链由于布朗运动而形成球形胶束,随着搅拌的不断进行,逐渐形成悬浮液。经离心、冻干便得到壳聚糖-Nisin核壳微球。具体的制备流程如图1所示。下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:本实施例制备壳聚糖-Nisin核壳微球。
准确称取1.000g壳聚糖溶于900ml纯水中,加入9ml冰醋酸充分溶解,搅拌,超声10min。向上叙溶液中准确加入1.000gNisin,待混合均匀后,用输液泵以0.5ml/min的速度加入100ml浓度为0.5M柠檬酸三钠溶液。再加入5ml吐温80作为非离子稳定剂,在磁力搅拌器下搅拌2h。所得的悬浮液在6000r/min,4℃下离心10min,弃去上清液,所得沉淀物置于-80℃冰箱中,冻干,最后得到壳聚糖包埋的Nisin颗粒。
检测结果:用高效液相法测步骤2弃去的上清液中的Nisin的含量,得到Nisin的包埋率为58%;通过激光粒度仪,测得核壳微球的平均粒径,其平均粒径1019±53.3nm,接近于细菌等微生物的大小,便于Nisin和细菌间的特异性作用和静电作用,提高了其抑菌效果。通过比较未包埋Nisin的壳聚糖(图2a)与包埋Nisin后的颗粒(图2b)可以看出,与未包埋Nisin的壳聚糖颗粒相比,后者颗粒较大,与颗粒的平均粒径检测结果的趋势相吻合,这说明壳聚糖-Nisin核壳结构的形成。Nisin外包覆一层壳聚糖外壳,不仅能提高Nisin的杀菌作用,同时,壳聚糖良好的成膜性也有利于在水产品外形成致密的隔离膜。
参照Nisin在食品添加剂使用限量及其他因素,将本实施例制备得到的核壳微球0.5g溶于1L质量分数为0.5%生理盐水中,用于新鲜带鱼的保鲜。结果表明,与对照组中添加游离态的Nisin相比,其保质期延长10天。
实施例2:本实施例制备壳聚糖-Nisin核壳微球。
准确称取3.000g壳聚糖溶于900ml纯水中,添加18ml的冰醋酸充分溶解,搅拌,超声10min。向上叙溶液中准确加入1.500gNisin,待混合均匀后,用输液泵以2ml/min的速度加入0.5M硫酸钠溶液。再加入10ml吐温80作为非离子稳定剂,在磁力搅拌器下搅拌3.5h。所得的悬浮液在8000r/min,4℃下离心10min,弃去上清液,所得沉淀物置于-80℃冰箱中,冻干,最后得到壳聚糖包埋的Nisin颗粒。
检测结果:此配方制得的包合物,Nisin的包埋率为62%,平均粒径930±45.8nm。
参照Nisin在食品添加剂使用限量及其他因素,将本实施例制备得到的核壳微球0.75g溶于1L质量分数为0.5%生理盐水中,用于小黄鱼的保鲜。结果表明,与与对照组中添加游离态的Nisin相比,其保质期延长13天。
实施例3:本实施例制备壳聚糖-Nisin核壳微球。
准确称取3.000g壳聚糖溶于900ml纯水中,添加13.5ml的冰醋酸充分溶解,搅拌,超声10min。向上叙溶液中准确加入1.000gNisin,待混合均匀后,用输液泵以6ml/min的速度加入100ml0.5M柠檬酸三钠溶液。再加入8ml吐温80作为非离子稳定剂。在磁力搅拌器下搅拌5h。所得的悬浮液在8000r/min,4℃下离心10min,弃去上清液,所得沉淀物置于-80℃冰箱中,冻干,最后得到壳聚糖包埋的Nisin。
检测结果:此配方制得的包合物,Nisin的包埋率为61%,平均粒径677±35.6nm。
参照Nisin在食品添加剂使用限量及其他因素,将本实施例制备得到的核壳微球1.0g溶于1L质量分数为0.5%生理盐水中,用于鲳鱼的保鲜。结果表明,与对照组中添加游离态的Nisin相比,其保质期延长18天。
以上实施例中通过本发明的方法,用不同浓度的壳聚糖包埋的Nisin处理的带鱼、小黄鱼、鲳鱼的感官品质明显优于未处理组,处理组鱼类的色泽、气味、形态与组织弹性均优于未处理组,且有效地降低了鱼类保鲜过程中的菌落总数,延长了其货架期。

Claims (3)

1.一种壳聚糖-Nisin核壳微球的制备方法,所述壳聚糖-Nisin核壳微球的核是Nisin颗粒,壳是分子量为5W~10W的壳聚糖,微球的粒径为600~1100nm,其特征在于,该方法包括以下步骤制备:
(1)壳聚糖溶液的制备:将1g-3g壳聚糖溶于0.9L纯水中,混合均匀后加入9ml~18ml的无水冰醋酸,得到壳聚糖溶液;
(2)壳聚糖-Nisin悬浮液的制备:向上述壳聚糖溶液中加入Nisin,所述Nisin与壳聚糖质量比为1:1~3,待混合均匀后,以0.5ml/min~6ml/min的速度加入0.1L浓度为0.5M沉淀盐溶液,再加入5ml~10ml的吐温80作为非离子稳定剂,在磁力搅拌下搅拌2-5h;
(3)干燥:将步骤(2)所得的悬浮液离心10min,弃去上清液,将沉淀物保存于-80℃冰箱中,冻干,最后得到壳聚糖-Nisin核壳微球。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述沉淀盐溶液为柠檬酸钠水溶液或硫酸钠水溶液。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)中,悬浮液离心的转速为4000r/min以上。
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