CN105001431B - 含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的制备法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的制备方法，包括如下步骤：取聚合物铁螯合剂用超纯水溶解，配制成浓度为20mg/mL的聚合物铁螯合剂溶液；取5g玉米醇溶蛋白、40mL体积浓度95％的乙醇和2mL甘油，制备成玉米醇溶蛋白溶液；将聚合物铁螯合剂溶液加入至玉米醇溶蛋白溶液中，直至所得到的膜液中聚合物铁螯合剂的含量为0.1～4mg/mL；得含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液。该可食性抗菌膜液可用于食品保鲜。

Description

含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的制备法和应用

技术领域

本发明属于食品保鲜材料领域，涉及含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌涂膜及其应用。

背景技术

金属螯合剂是通过与金属离子的强结合作用，将金属离子包合到内部，成为螯合物，从而达到阻止金属离子发挥作用或者降低金属离子含量的目的。随着人们对螯合剂研究的不断深入，发现螯合剂可以作为稳定剂、防腐剂、酸度调节剂、抗氧化剂、消泡剂、水分保持剂、营养强化剂等应用于食品工业的许多领域中；近年来，相关研究表明金属螯合剂呈现出较好的体外抗菌活性，因此，有望拓展其在食品保鲜领域的应用。聚合物螯合剂由于分子量大，难以被细胞吸收，因此与小分子螯合剂相比具有毒性低的优点。

鱼丸属于鱼糜制品中的传统食品，因其食用方便、价格适宜、营养丰富而深受消费者的喜爱；然而，由于鱼糜制品水分含量较高、营养丰富，在常温下极易腐败变质，因此目前多采用冷冻(-18℃以下)方式进行贮藏、运输和分销；这样容易造成鱼糜制品食用品质的下降，并且存在着能耗大、成本高等问题；鉴于上述原因，近年来对鱼糜制品冷藏保鲜的研究成为了国内外研究的热点。

尽管现代食品加工技术基本上已经杀灭食品内部的微生物，但是后处理中食品表面微生物的污染成为了食品腐败变质的主要原因，这就引起了人们对食品表面控制的研究。可食性涂膜不仅能够作为气体、挥发性物质及水蒸气的屏障，还可以作为食品添加剂的载体对食品表面进行控制，近年来国内外对抗菌涂膜或薄膜的研究与日俱增，并取得了良好的效果，这将为传统食品保鲜技术提供强有力的补充。玉米醇溶蛋白属于天然生物材料，具有良好的成膜性、可食性、可降解性并且无污染，已经应用于食品、医药、化妆品、化工等领域。Arcan等将酚类化合物加入到玉米醇溶蛋白膜中，改善了传统蛋白膜的机械强度，而且蛋白膜的抗菌性和抗氧化性均有所增强，可替代塑料包装材料；Osman等使用玉米醇溶蛋白与小麦蛋白以1:1比例混合涂膜冻鱼片，冻藏7个月后发现涂膜组营养物质流失少于对照组。

目前，螯合剂在食品行业的许多领域已经有着广泛的应用，但是在食品保鲜方面的应用研究仍然比较少；近年来国内外对抗菌涂膜或薄膜的研究与日俱增，国外有文献报道将小分子螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)加入到玉米醇溶蛋白，但含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌涂膜技术，及用于鱼丸的保鲜则尚未见研究报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌涂膜的制备方法及其在食品保鲜中的应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的制备方法，包括如下步骤：

a)、取聚合物铁螯合剂(PHOPO)用超纯水溶解，配制成浓度为20mg/mL的聚合物铁螯合剂溶液，于3～5℃(较佳为4℃)环境中保存；

b)、取5g玉米醇溶蛋白和40mL体积浓度95％的乙醇，分别加入到容器(例如烧瓶)中，密闭条件下磁力搅拌器搅拌、加热(该加热温度只要能使玉米醇溶蛋白溶解皆可，约为60～70℃)至玉米醇溶蛋白完全溶解；然后加入2mL甘油，继续于78～80℃加热搅拌，待溶液开始沸腾时，停止磁力搅拌，维持沸腾5min，得玉米醇溶蛋白溶液；

c)、将步骤a)所得的聚合物铁螯合剂溶液加入步骤b)所得的玉米醇溶蛋白溶液中，直至所得到的膜液中聚合物铁螯合剂的含量为0.1～4mg/mL(最佳为1mg/mL)；得含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液。

作为本发明的含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的制备方法的改进：聚合物铁螯合剂为水溶性聚合物铁螯合剂，其结构通式为：

备注说明：上述水溶性聚合物铁螯合剂在专利号为201210011150.3的发明《水溶性聚合物铁螯合剂及其制备方法和用途》中有明确告知。

作为本发明的含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的制备方法的进一步改进：聚合物铁螯合剂的结构式为：

x为10～80，y为70～1200。

在专利号为201210011150.3的发明《水溶性聚合物铁螯合剂及其制备方法和用途》中，是螯合剂单体2a和甲基丙烯酸羟基乙酯按照5％的摩尔比制备而得的聚合物铁螯合剂1a-3(其铁螯合容量为240μmol/g)。

本发明还同时提供了上述含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的用途：用作食品保鲜。

作为本发明的含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的用途的改进：使用方法为以下任意一种：

方法A：将食品在可食性抗菌膜液中浸泡20～30秒，然后自然晾干，从而使食品表面形成一层可食性抗菌薄膜；

方法B：将可食性抗菌膜液(以下简称膜液)倾倒于平板(有机玻璃板)上干燥成膜，得含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌薄膜(亦名：玉米醇溶蛋白抗菌薄膜)；然后用该薄膜包装食品(也可再在包装后进行抽真空处理)。

作为本发明的含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的用途的进一步改进：

所述方法B中：

干燥成膜为于65～75℃干燥成膜(时间约1.5～2.5小时)，或于室温干燥成膜(室温干燥成膜速度较慢)，从而得含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌薄膜。

备注说明：例如可为放入70℃恒温水浴锅上干燥成膜，2h后揭膜。

作为本发明的含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的用途的进一步改进：食品为鱼丸、肉类。

本发明的使用方法，以鱼丸保鲜为例：用涂膜法对鱼丸进行处理；将鱼丸在保鲜膜液中浸泡20～30秒，使整个鱼丸能够均匀的覆盖上膜液，沥干鱼丸表面多余的膜液，室温放置使干燥，此时在鱼丸表面便形成一层薄膜，然后于4℃保藏。

本发明具有如下技术效果：

本发明通过上述方法制备的含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌薄膜，具有玉米醇溶蛋白薄膜的特点，在无需添加任何交联剂、鞣制剂的情况下，具有良好的防潮性，且成膜速度快，稳定，对氧气和二氧化碳阻隔性好，并有显著的抗菌功能。同时，本发明所用的大分子聚合物铁螯合剂为基于羟基吡啶酮六齿配体单体和丙烯酸羟基乙酯的聚合物(即，聚合物铁螯合剂)，由于大分子螯合剂分子量大，并且通常亲脂性较差，难以通过细胞膜，可以避免进入组织和血液等，相对于小分子螯合剂来说具有较低的毒性，因此含聚合物铁螯合剂的玉米醇溶蛋白薄膜更加安全。而且本发明所用聚合物铁螯合剂具有比EDTA等常见铁螯合剂强得多的铁螯合能力，因此有更强的抗菌活性。

采用涂膜法对鱼糜的保鲜试验表明，在4℃贮藏过程中，有聚合物铁螯合剂的玉米醇溶蛋白涂膜的鱼丸样品的感官评分明显高于对照组，表明此种涂膜有效的保证了鱼丸的感官品质；同时，细菌总数、TVB-N值、TBA值都明显低于对照组，并且pH值维持相对稳定，进一步表明此种涂膜技术能够抑制微生物的生长，延缓脂肪氧化酸败和蛋白质降解，显著延长鱼糜的货架期。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明

图1为贮藏过程中样品感官品质的变化；

图2为贮藏过程中样品细菌总数的变化；

图3为贮藏过程中样品TVB-N值的变化；

图4为贮藏过程中样品TBA值的变化；

图5为贮藏过程中样品pH值的变化。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述；

以下案例所选用的聚合物铁螯合剂为：在专利号为201210011150.3的发明《水溶性聚合物铁螯合剂及其制备方法和用途》中，是螯合剂单体2a和甲基丙烯酸羟基乙酯按照5％的摩尔比制备而得的聚合物铁螯合剂1a-3(其铁螯合容量为240μmol/g)。

实施例1、玉米醇溶蛋白抗菌薄膜(含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液制备而得的薄膜)的制备方法，依次进行以下步骤：

a)、聚合物铁螯合剂溶液的配制：

称取聚合物铁螯合剂用少量超纯水溶解，转移到100mL容量瓶中，然后用超纯水定容至刻度，摇匀后即得到浓度为20mg/mL的聚合物铁螯合剂溶液，然后于4℃环境中放置。

b)、玉米醇溶蛋白薄膜的制备(备注说明：单独的此玉米醇溶蛋白薄膜用于对照实验)：

称取5g玉米醇溶蛋白，加入到烧瓶中，然后加入40mL 95％(体积％)的乙醇，密闭条件下用磁力搅拌器轻轻搅拌，同时慢慢加热(该加热温度只要能使玉米醇溶蛋白溶解皆可，约为60～70℃)，直至玉米醇溶蛋白完全溶解；然后加入2mL甘油(作为增塑剂)，继续加热搅拌，待溶液开始沸腾时(温度约为80℃)，停止磁力搅拌，维持沸腾5min，进行脱泡；得玉米醇溶蛋白溶液；

备注说明：可将此膜液倾倒于有机玻璃板上，放入70℃恒温水浴锅中干燥成膜，大约2h后揭膜，此玉米醇溶蛋白薄膜可用于下述的对照实验。

c)、玉米醇溶蛋白抗菌薄膜的制备

分别按照体积比0、1％、2％、5％、10％、15％、20％的比例向步骤b)所得的玉米醇溶蛋白溶液中加入步骤a)所得的聚合物铁螯合剂溶液(20mg/mL)，即最终所得的含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液(以下简称膜液)中聚合物铁螯合剂的最终含量分别为：0、0.2mg/mL、0.4mg/mL、1mg/mL、2mg/mL、3mg/mL和4mg/mL。

然后将膜液倾倒于有机玻璃板上，放入70℃恒温水浴锅上干燥成膜，大约2h后揭膜，得玉米醇溶蛋白抗菌薄膜。

实验1、玉米醇溶蛋白抗菌薄膜的抑菌性评价(抑菌圈实验)

选取金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌两种革兰氏阳性菌，以及大肠埃希氏菌和沙门氏菌两种革兰氏阴性菌对薄膜的抗菌活性进行评价。首先，将四种菌种进行活化，制备菌悬液；将抗菌薄膜用打孔器制备成直径为5mm的圆形片状；用滤纸片法抑菌试验。

表1、不同抗菌薄膜的厚度以及对四种细菌的抑菌圈直径(mm)

由表1可见，含有不同浓度聚合物铁螯合剂的抗菌薄膜具有不同的抗菌效果，随着聚合物铁螯合剂浓度的增加，抗菌薄膜对四种菌种的抑菌圈逐渐增大；此外，同一种抗菌薄膜对四种菌种表现出的抗菌效果也不相同，其中对沙门氏菌的抑菌效果较强(P<0.05)；但是当聚合物螯合剂的浓度增加到1mg/mL时，随着其浓度的继续增加抑菌圈直径增加的效果逐渐减小。

实验2、玉米醇溶蛋白抗菌薄膜用于鱼丸的保鲜实验

1)、鱼丸的制作

鱼丸样品配方：鱼糜67％，淀粉15％，水15％，盐3％。

鱼丸制作工艺：选用鲜活的草鱼作为原料加工鱼丸。首先将活鱼进行活杀放血，去除头和内脏，并用清水反复清洗；然后进行采肉，漂洗，脱水，并用绞肉机绞碎，制备成鱼糜；称取一定量的鱼糜，斩拌1min，然后加入淀粉、水、盐，斩拌20min，斩拌时用冰水使得鱼糜温度低于15℃；鱼丸重量控制10～14g/粒，之后进行成型；然后放入45℃水浴中凝胶化20min，沸水煮维持3min；随后用冰水冷却至中心温度至15℃；最后进行常规热封口包装，并于4℃贮藏。

2)、鱼丸的保鲜处理

采用涂膜的方法：将鱼丸随机分为A、B、C三组，每组30个；A组鱼丸不做任何处理，作为空白对照；B组和C组的鱼丸分别在玉米醇溶蛋白膜液和含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液(聚合物铁螯合剂的最终含量为1mg/mL，即对应5％的添加比例)中浸泡20～30秒，并轻轻转动鱼丸使整个鱼丸能够均匀的覆盖上膜液，然后将鱼丸放在架子上沥干表面多余的膜液，之后放在有机玻璃板上在室温下放置1h使自然干燥，此时在鱼丸表面便形成一层薄膜。将处理后的鱼丸用保鲜袋单个包装，放于4℃贮藏，每隔一定时间取样进行鲜度指标测定。为了消除个体差异，每次随机取样3～4个，取其平均值。

3)、鱼丸的保鲜效果评价

通过A、B、C三组样品的感官评定、以及细菌总数、挥发性盐基氮(TVB-N)、硫代巴比妥酸值(TBA值)以及pH值等鲜度指标的测定评价鱼丸的保鲜效果。

感官评定结果如图1所示(评定标准按表2)。由图1可以看出，贮藏初期，三组鱼丸的感官品质差别不大；随着贮藏时间的延长，三组鱼丸的感官评分均呈现不同程度的下降趋势，但添加聚合物铁螯合剂的c组的感官评分明显优于其它两组(P<0.05)。

表2.鱼丸感官评定分值标准表

由图2所示，三组样品的细菌总数在贮藏期间呈现不同程度的上升趋势，其中空白对照的a组样品上升的最快，而添加有聚合物螯合剂的c组鱼丸，细菌总数增长速率比较缓慢，实验结果表明，含有聚合物铁螯合剂的玉米醇溶蛋白涂膜能够有效地抑制鱼丸中微生物的生长，保持鱼丸的新鲜度，延长了食品的货架期。

TVB-N值反映了水产品中的蛋白质因内源性酶或微生物等作用分解，产生的挥发性的氨和胺类以及一些基本含氮化合物的情况，其值越低，表明鱼丸的新鲜度愈高。贮藏过程中各组样品TVB-N值的变化如图3所示，从整体实验结果来看，在整个贮藏实验期内添加聚合物螯合剂的C组样品的TVB-N值显著性低于其余两组(P<0.05)，实验表明，含有聚合物铁螯合剂的玉米醇溶蛋白涂膜能够有效地控制TVB-N值，达到保鲜的目的。

TBA值与肉类脂肪氧化酸败程度有很强的相关性，以每kg样品中丙二醛(MDA)的mg数表示，TBA值越大，表明脂肪的氧化程度越高，肉制品酸败就越严重。鱼丸样品在贮藏过程中TBA值的变化如图4所示。由图可知，第8d以后，A组样品的TBA值迅速升高，而B、C组样品仍然处于较低水平，表明玉米醇溶蛋白涂膜能够起到延缓鱼丸样品脂肪氧化酸败的作用，而添加有聚合物螯合剂的C组鱼丸样品在贮藏实验结束时，TBA值刚达到1.45mg/100g，仍保持在较低水平(P<0.05)，说明含有聚合物螯合剂的玉米醇蛋白涂膜具有良好的抗氧化效果。

通过测定样品的pH值，可以在一定程度上判定样品的新鲜度。贮藏过程中各组鱼丸样品pH值的变化如图5所示，由图可以看出，A组的初始pH值为6.86，具有玉米醇溶蛋白涂膜包裹的B、C组鱼丸样品的pH值略高于a组，但是各组之间并没有显著性差异(P>0.05)。在贮藏实验中，A组、B组鱼丸样品的pH值均出现了先升后降现象，相对于A、B组，添加有聚合物螯合剂的C组样品的pH值基本维持在相对稳定的状态，表明含有聚合物螯合剂的玉米醇蛋白涂膜在维持水产品的鲜度和品质上起到了一定的效果。

对比例1-1、将实施例1的步骤b中玉米醇溶蛋白的用量由5g改成2g；其余等同于实施例1。含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液(以下简称膜液)中聚合物铁螯合剂的最终含量设定为1mg/mL(即，聚合物铁螯合剂按照5％的添加比例)。

对比例1-2、将实施例1的步骤b中“玉米醇溶蛋白”的用量由5g改成8g；其余等同于实施例1。含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液(以下简称膜液)中聚合物铁螯合剂的最终含量设定为1mg/mL(即，聚合物铁螯合剂按照5％的添加比例)。

对比实验1、将上述所有对比例所得的薄膜，按照实验1进行检测，所得结果如表3所示：

表3、不同抗菌薄膜的厚度以及对四种细菌的抑菌圈直径(mm)

由表3可见，含有不同玉米醇溶蛋白用量的抗菌薄膜具有不同的抗菌效果，当玉米醇溶蛋白的用量从2g增加到5g时，抗菌效果显著增强，但当玉米醇溶蛋白的用量增加到8g时，抗菌效果增加不显著；此外，同一种抗菌薄膜对四种菌种表现出的抗菌效果也不相同，其中对沙门氏菌的抑菌效果较强(P<0.05)。

对比实验2、将上述所有对比例所得的膜液，按照实验2的C组进行检测，所得结果如表4、表5所示：

表4为贮藏过程中不同玉米醇溶蛋白用量的感官品质的变化

如表4可以看出，当玉米醇溶蛋白的用量为5g时，鱼丸的感官评价分数较高，这是因为蛋白质浓度较大时，其分子间更易发生二硫键-疏基交换反应，而形成稳定的结构，这样就能起到阻水隔氧的功能。但当蛋白浓度过大时，蛋白质溶液中出现未溶解的蛋白质颗粒，导致膜的均匀性降低，影响蛋白质紧密网络结构的形成，局部断裂的可能性增大，导致膜的延伸率降低，使鱼丸的保鲜效果降低。

表5为贮藏过程中不同玉米醇溶蛋白用量的TBA值的变化

如表5可以看出，贮藏前期TBA的值均增高，但随着时间的延长，玉米醇溶蛋白的用量为5g的薄膜保存的鱼丸TBA值明显低于其他两组，表明玉米醇溶蛋白用量为5g的薄膜具有良好的抗氧化效果。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

a)、取聚合物铁螯合剂用超纯水溶解，配制成浓度为20mg/mL的聚合物铁螯合剂溶液；

聚合物铁螯合剂的结构式为：

x为10～80，y为70～1200；

b)、取5g玉米醇溶蛋白和40mL体积浓度95％的乙醇，分别加入到容器中，密闭条件下磁力搅拌器搅拌、加热至玉米醇溶蛋白完全溶解；然后加入2mL甘油，继续于78～80℃加热搅拌，待溶液开始沸腾时，停止磁力搅拌，维持沸腾5min，得玉米醇溶蛋白溶液；

c)、将步骤a)所得的聚合物铁螯合剂溶液加入步骤b)所得的玉米醇溶蛋白溶液中，直至所得到的膜液中聚合物铁螯合剂的含量为1mg/mL；得含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液。

2.如权利要求1所述方法制备而得的含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的用途，其特征在于：用作食品保鲜。

3.根据权利要求2所述的含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的用途，其特征在于：使用方法为以下任意一种：

方法A：将食品在可食性抗菌膜液中浸泡20～30秒，然后自然晾干，从而使食品表面形成一层可食性抗菌薄膜；

方法B：将可食性抗菌膜液倾倒于平板上干燥成膜，得含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌薄膜；然后用该薄膜包装食品。

4.根据权利要求3所述的含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的用途，其特征在于：

所述方法B中：

干燥成膜为：于65～75℃干燥成膜，或于室温干燥成膜，从而得含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌薄膜。

5.根据权利要求2～4任一所述的含聚合物铁螯合剂的可食性抗菌膜液的用途，其特征在于：所述食品为鱼丸、肉类。