CN108720064B - 利用聚唾液酸和乳酸链球菌素制备食品功能涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用聚唾液酸和乳酸链球菌素制备食品功能涂层的方法，包括以下步骤：脱去聚唾液酸分子链上的部分酰基；将经处理过的聚唾液酸与乳酸链球菌素混匀后，于pH5‑7条件下，在20‑50℃下反应，然后采用切向流过滤法纯化反应液，干燥后得到聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物；将接枝产物和生物大分子在水中混匀，得到产物凝胶；将产物凝胶包裹在食物表面，以在食物表面形成食品功能涂层。本发明的方法简单，可以有效延长食品货架期，所制备的食品功能涂层能够缓慢释放保健物质聚唾液酸，且具有一定抗菌性能。
Description
技术领域
本发明涉及食品防腐技术领域，尤其涉及一种利用聚唾液酸和乳酸链球菌素制备食品功能涂层的方法。
背景技术
食品货架期(shelf-life)是指食品被贮藏在推荐的条件下，能够保持安全；确保理想的感官、理化和微生物特性；保留标签声明的任何营养值的一段时间。GB7718-94中定义食品货架期是指在标签上规定的条件下，保持食品质量(品质)的期限。在此期限，食品完全适于销售，并符合标签上或产品标准中所规定的质量(品质)；超过此期限，在一定时间内食品仍然是可以食用的。
长食品货架期是指食品被贮藏在推荐的条件下，能够保持安全；确保理想的感官、理化和微生物特性；保留标签声明的任何营养值的一段较长时间。影响货架期的因素有微生物因素、pH值、水活度(aw)、背景微生物负载量、氧化还原电位类别、温度、物理因素、化学因素等。
长期以来，广大学者都在致力于在保证安全的前提下延长水果和蔬菜等食品的货架期，但由于新鲜果蔬都属于短货架期食品，其新鲜程度对于食品品质影响非常明显，因此一直没有有效的手段来延长新鲜食品的货架期。
此外，目前的食品功能涂层功能单一，仅能起到防腐、延长食物保存时间的功能，而缺乏保健功能，当这些食物被食用后，对人体所起到的保健功效有限。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种利用聚唾液酸和乳酸链球菌素制备食品功能涂层的方法，该方法操作简单，所制备的食品功能涂层能够缓慢释放保健物质唾液酸，且具有一定抗菌性能，可以有效延长食品货架期。
本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种利用聚唾液酸和乳酸链球菌素制备食品功能涂层的方法，包括以下步骤：
(1)采用热碱法脱去聚唾液酸分子链上的部分酰基，使得酰基水解为羧基；
(2)将经步骤(1)处理过的聚唾液酸与乳酸链球菌素混匀后，于pH5-7条件下，在20-50℃下反应6-40h，然后采用切向流过滤法纯化反应液，干燥后得到聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物；
(3)将聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物和生物大分子在15-65℃下在水中混匀，得到产物凝胶；
(4)将产物凝胶包裹在食物表面，以在食物表面形成食品功能涂层。
进一步地，在步骤(1)中，脱去聚唾液酸分子链上的部分酰基的方法包括以下步骤：
将10-100mg聚唾液酸溶于20-200mL浓度为0.1-0.5mol/L碱的水溶液，然后在40-80℃的下水解15-60min，使得其中的部分酰基水解为羧基，然后用截留分子量为3kDa的切向流超滤膜超滤。
进一步地，在步骤(1)中，聚唾液酸分子链上的酰基脱除率为25％-50％。
以上方法可得到部分脱酰基的聚唾液酸，使得聚唾液酸链上有更多的羧基以和nisin的氨基进行反应，而不能将酰基全部脱除，否则聚唾液酸将失去生理活性。
进一步地，碱为氢氧化钠，其中还可以添加黄原胶、海藻酸钠、透明质酸钠和聚谷氨酸中的一种或几种。
进一步地，聚唾液酸的分子量为100kDa-300kDa。
进一步地，步骤(1)中的聚唾液酸与步骤(2)中的乳酸链球菌素的质量比为1-10:1-10。
进一步地，在步骤(2)中，切向流过滤法的截留分子量为1000-100000Da。
进一步地，切向流过滤法包括以下步骤：
将反应液浓度浓缩至1.5-4倍，再加入浓缩液2-4倍体积的水，再次浓缩至未加入水之前的体积，将以上步骤重复2-4次。
采用切向流过滤法纯化反应液，能够在稳定的过滤速度下纯化产物，去除反应液中不需要的反应副产物盐。
进一步地，在步骤(2)中，采用冻干法进行干燥，干燥温度为-20℃～-60℃。
进一步地，在步骤(3)中，生物大分子为结冷胶、海藻酸钠、壳聚糖或黄原胶。本发明所使用的生物大分子可在水中形成凝胶。优选地，生物大分子为结冷胶。
进一步地，在步骤(3)中，聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物、生物大分子的质量与水的体积比为10-100mg:0.2-20mg:20-200mL。
进一步地，在步骤(3)中，产物凝胶中生物大分子的终浓度为0.5％-1％。
进一步地，在步骤(4)中，可采用热喷涂或浸渍法使产物凝胶包裹在食物表面。
优选地，采用热喷涂方法使产物凝胶包裹在食物表面，省料而且喷涂的均匀。商品级低酰基结冷胶一般在42度～45度形成凝胶，热喷涂温度可控制在五十度。
进一步地，在步骤(4)中，将食物浸渍在所述产物凝胶中4-6s，以在食物表面形成食品功能涂层。
进一步地，在步骤(4)中，食物为草莓、蓝莓、车厘子、秋葵、四季豆、黑莓、树莓或桑葚。
聚唾液酸是唾液酸单体以α-2,8和/或α-2,9键连接的直链同聚物，存在于一些脊椎动物细胞中的神经节苷脂和糖蛋白分子中，也存在于少数几种细菌的胞外荚膜中。微生物合成的聚唾液酸主要有3种结构：1)Neu5Ac通过α-2,8-糖苷键连接而成，主要由大肠杆菌K1和K235、B型脑膜炎奈瑟菌、溶血性曼氏杆菌A2合成；2)Neu5Ac通过α-2,9-糖苷键连接而成，主要由从神经感染性病原体C型脑膜炎奈瑟菌合成；3)Neu5Ac通过α-2,8-/α-2,9糖苷键交替连接而成，主要由大肠杆菌K92合成。合成聚唾液酸的微生物多是致病菌，但有少数几种微生物是生物安全的，如大肠杆菌K235和K92的生物安全等级为BSL-1级，因此具有安全的工业应用前景。聚唾液酸在中性至酸性环境中很容易分解成唾液酸单体，所以采用发酵生产的聚唾液酸也可以作为功能食品添加剂。本发明所使用的原料聚唾液酸通过发酵法得到，具体参见论文“微生物发酵法制备聚唾液酸的研究，江南大学，刘金龙，2013年3月”。
聚唾液酸保健作用具有以下三方面：a.聚唾液酸有特殊的免疫促进性，可以提高人体免疫力；b.抗病毒，唾液酸能抢占病毒和蛋白的结合位点，使病毒不能和蛋白进行结合，从而起到抗病毒的作用；c.促进神经系统生长和修复，尤其是中枢神经，而且聚唾液酸(很有可能)可以穿过血脑屏障。
所使用的乳酸链球菌素(NISIN)亦称乳链菌肽，是某些乳酸链球菌产生的一种多肽物质，由34个氨基酸残基组成，为灰白色固体粉末。可被人体内的酶降解、消化，是一种高效、安全、无毒、无副作用的天然食品防腐剂。它能抑制多数革兰氏阳性菌，尤其对产生芽孢的革兰氏阳性菌如枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌等有很强的抑制作用，而对革兰氏阴性菌、酵母菌和霉菌一般无效。在一定条件下，如冷冻、加热、降低pH值、EDTA处理等，乳酸链球菌素亦可抑制一些革兰阴性菌，如沙门氏菌、大肠杆菌、假单胞菌等的生长。
优选地，本发明中所使用的生物大分子为结冷胶，结冷胶别名凯可胶、洁冷胶。主要成分由葡萄糖、葡萄糖醛酸和鼠李糖按2:1:1的比例，四种单糖为重复结构单元所组成的线形多聚糖。在天然的高乙酰结构中有乙酰基和甘油酸基存在，它们都位于同一个葡萄糖基上，且平均每一个重复结构有一个甘油酸基，而每两个重复结构有一个乙酰基。经用KOH皂化后，即转变成低乙酰结冷胶，即商品结冷胶，其相对分子质量约为200万。
结冷胶干粉呈米黄色，无特殊的滋味和气味，约于150℃不经熔化而分解。耐热、耐酸性能良好，对酶的稳定性亦高。不溶于非极性有机溶剂，也不溶于冷水，但略加搅拌即分散于水中，加热即溶解成透明的溶液，冷却后，形成透明且坚实的凝胶。溶于热的去离子水或整合剂存在的低离子强度溶液，水溶液呈中性。采用结冷胶所形成的凝胶富含汁水，具有良好的风味释放性，有入口即化的口感。
本发明的原理如下：
首先将聚唾液酸分子链中的酰基水解为羧基，利用产生的羧基与乳酸链球菌素上氨基的反应，形成聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物。将接枝产物与结冷胶混合后形成产物凝胶，再修饰到食物表面，在食物保存过程中，产物凝胶中的聚唾液酸会缓慢释放，发挥保健功能，且乳酸链球菌素也得到缓慢释放，发挥抗菌性能。
本发明在食物表面制备食品功能涂层，当食物在储存或被人体食用后，会缓慢释放聚唾液酸，尤其是在人体食用后，聚唾液酸在消化系统中缓慢释放，由于聚唾液酸在酸性(胃酸)环境中不稳定，如果不接枝不用凝胶进行保护，很容易被降解，因此乳酸链球菌素的接枝产物和所形成的产物凝胶提高了聚唾液酸在消化过程中的稳定性。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明的方法可制备食品功能涂层，可广泛应用于食品行业，可提高食品品质，减少食品营养破坏，延长食品保藏时间。
本发明的产物凝胶有良好的防腐性能，在食物表面形成功能涂层后，在室内环境中能延长食品的货架期，能够缓慢释放保健物质唾液酸，且具有一定抗菌性能，可用于婴儿营养食品、老人保健食品以及特殊医用食品中。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明实施例1中，实验组和对照组草莓在不同放置不同时间时的照片；
图2是本发明实施例1中，产物凝胶中聚唾液酸的缓释情况测试结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种利用聚唾液酸和乳酸链球菌素制备食品功能涂层的方法，步骤如下：
(1)脱去聚唾液酸分子链上的部分酰基(酰基脱除率为25％-50％)：将100mg聚唾液酸粉末溶于200mL，0.5M的氢氧化钠溶液中，在80℃水浴锅中处理十五分钟，得到的溶液用浓盐酸调至pH 7，脱除部分酰基后的聚唾液酸链上有大量的氨基。
(2)聚唾液酸和乳酸链球菌素的反应：在上一步脱除酰基的聚唾液酸溶液中，加入100mg乳酸链球菌素，震荡均匀，放置于37℃恒温培养箱中反应24小时。
(3)纯化：将步骤(2)得到的反应液用3000Da的切向流超滤器浓缩至50mL，再加入150mL去离子水，再次浓缩至50mL，该步骤重复三次，以保证产物中的盐均被超滤除去，最后的50mL浓缩液冻干得到聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物粉末。
(4)凝胶制备：将100mg聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物粉末和2mg结冷胶混合，溶于20mL去离子水中，即得到性状稳定，呈透明色的产物凝胶。
(5)涂布：选择六个大小、状态较为一致的草莓，其中三个浸渍在产物凝胶中4-6s，以在其表面形成食品功能涂层，得到表面涂布产物凝胶的草莓，另外三个表面不涂产物凝胶，作为对照组。将以上六个草莓放置于自然空气环境中，观察其表面腐败情况，实验结果如图1所示。其中图1a1-a5分别为作为对照组的新鲜草莓在放置2、4、6、8、10天后的外观图，图1b1-b5为涂布食品功能涂层的草莓在放置2、4、6、8、10天后的外观图。从图中可看出，对照组草莓在放置第6天时，表面已经有部分位置发生了腐败，随后在第8天和第10天，腐败面积依次增大。而本发明的方法所制备的涂布食品功能涂层的草莓，在放置第10天时，表面仍然未出现腐败，与新鲜草莓的表面无异。
(6)聚唾液酸的缓释：将初始含10mg聚唾液酸的产物凝胶放置于3000Da透析袋中，透析袋放入装有2L水的大烧杯中，在2h，4h，8h，16h，32h和64h时测试透析袋内唾液酸含量。缓释数据具体如图2所示，根据得到结果可以看出，随着时间的延长，透析袋内唾液酸含量逐渐降低，说明唾液酸可以缓慢从产物凝胶中释放。
以上结果表明使用本发明制得的产物凝胶有良好的防腐性能，在室内环境中能延长草莓的货架期至十天。证明本发明制备的食物涂层能缓慢释放唾液酸，且具有一定抗菌性能，可用于婴儿营养食品、老人保健食品以及特殊医用食品中。
实施例2
本实施例提供了一种利用聚唾液酸和乳酸链球菌素制备食品功能涂层的方法，步骤如下：
(1)脱去聚唾液酸分子链上的部分酰基(酰基脱除率为25％-50％)：将10mg聚唾液酸粉末溶于20mL，0.1M的氢氧化钠溶液中，在40℃水浴锅中处理60分钟，得到的溶液用质量浓度为0.05％的浓盐酸调至pH5，脱除部分酰基后的聚唾液酸链上有大量的氨基。
(2)聚唾液酸和乳酸链球菌素的反应：在上一步脱除酰基的聚唾液酸溶液中，加入10mg乳酸链球菌素，震荡均匀，放置于20℃恒温培养箱中反应40小时。
(3)纯化：将步骤(2)得到的反应液用1000Da的切向流超滤器浓缩至25mL，再加入50mL去离子水，再次浓缩至25mL，该步骤重复三次，最后在-20℃冻干得到聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物粉末。
(4)凝胶制备：将10mg聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物粉末和0.2mg结冷胶混合，溶于20mL去离子水中，即得到性状稳定，呈透明色的产物凝胶。
(5)涂布：将待处理食物浸渍在步骤(4)所得产物凝胶中，浸渍时间为4s，即得食品功能涂层，本实施例中，待处理食物为蓝莓。
实施例3
本实施例提供了一种利用聚唾液酸和乳酸链球菌素制备食品功能涂层的方法，步骤如下：
(1)脱去聚唾液酸分子链上的部分酰基(酰基脱除率为25％-50％)：将50mg聚唾液酸粉末溶于100mL，0.5M的氢氧化钠溶液中，在60℃水浴锅中处理40分钟，得到的溶液用质量浓度为3％的浓盐酸调至pH7，脱除部分酰基后的聚唾液酸链上有大量的氨基。
(2)聚唾液酸和乳酸链球菌素的反应：在上一步脱除酰基的聚唾液酸溶液中，加入50mg乳酸链球菌素，震荡均匀，放置于35℃恒温培养箱中反应30小时。
(3)纯化：将步骤(2)得到的反应液用5000Da的切向流超滤器浓缩至30mL，再加入100mL去离子水，再次浓缩至25mL，该步骤重复三次，最后在-40℃冻干得到聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物粉末。
(4)凝胶制备：将50mg聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物粉末和10mg结冷胶混合，溶于100mL去离子水中，即得到性状稳定，呈透明色的产物凝胶。
(5)涂布：将待处理食物浸渍在步骤(4)所得产物凝胶中，浸渍时间为4-6s，即得食品功能涂层，本实施例中，待处理食物为四季豆。
实施例4
本实施例提供了一种利用聚唾液酸和乳酸链球菌素制备食品功能涂层的方法，步骤如下：
(1)脱去聚唾液酸分子链上的部分酰基(酰基脱除率为25％-50％)：将10mg聚唾液酸粉末(平均分子量为100kDa、200kDa或300kDa)溶于200mL，0.1M的氢氧化钠溶液中，在40℃水浴锅中处理60分钟，得到的溶液用质量浓度为3％的浓盐酸调至pH6，然后用截留分子量为3kDa的切向流超滤膜超滤，脱除部分酰基后的聚唾液酸链上有大量的氨基。
(2)聚唾液酸和乳酸链球菌素的反应：在上一步脱除酰基的聚唾液酸溶液中，加入100mg乳酸链球菌素，震荡均匀，放置于50℃恒温培养箱中反应6小时。
(3)纯化：将步骤(2)得到的反应液用5000Da的切向流超滤器浓缩至25mL，再加入100mL去离子水，再次浓缩至25mL，该步骤重复三次，最后在-60℃冻干得到聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物粉末。
(4)凝胶制备：将100mg聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物粉末和10mg结冷胶混合，溶于100mL去离子水中，即得到性状稳定，呈透明色的产物凝胶。
(5)涂布：采用热喷涂方法使产物凝胶包裹在食物表面，热喷涂温度可控制在五十度，即得食品功能涂层，本实施例中，待处理食物为黑莓、树莓或桑葚。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用聚唾液酸和乳酸链球菌素制备食品功能涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用热碱法脱去聚唾液酸分子链上的部分酰基，使得所述酰基水解为羧基；
(2)将经步骤(1)处理过的聚唾液酸与乳酸链球菌素混匀后，于pH 5-7条件下，在20-50℃下反应，然后采用切向流过滤法纯化反应液，冷冻干燥后得到聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物；
(3)将所述聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物和生物大分子在15-65℃下在水中混匀，得到产物凝胶；
(4)将所述产物凝胶包裹在食物表面，以在所述食物表面形成食品功能涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，脱去聚唾液酸分子链上的部分酰基的方法包括以下步骤：
将聚唾液酸溶于0.1-0.5mol/L碱的水溶液，然后在40-80℃下水解，使得所述酰基水解为羧基，所述聚唾液酸中的酰基脱除率为25％-50％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述聚唾液酸的分子量为100kDa-300kDa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：经步骤(1)处理过的聚唾液酸与步骤(2)中的乳酸链球菌素的质量比为1-10:1-10。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤(2)中，切向流过滤法的截留分子量为1000-100000Da。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述切向流过滤法包括以下步骤：
将反应液浓度浓缩至1.5-4倍，再加入浓缩液2-4倍体积的水，再次浓缩至未加入水之前的体积，将以上步骤重复2-4次。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述生物大分子为结冷胶、海藻酸钠、壳聚糖或黄原胶。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述聚唾液酸和乳酸链球菌素的接枝产物、生物大分子的质量与水的体积比为10-100mg:0.2-20mg:20-200mL。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤(4)中，采用热喷涂或浸渍法使产物凝胶包裹在食物表面。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述食物为草莓、蓝莓、车厘子、秋葵、四季豆、黑莓、树莓或桑葚。
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