CN110074170A - 光动力疗法结合n-琥珀酰壳聚糖复合涂膜液的保鲜方法 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种光动力疗法结合N‑琥珀酰壳聚糖复合涂膜液的保鲜方法。所述纳米材料为安全无毒、易被生物降解且具有良好抑菌效果的Fe3O4@Ce6/C6@硅烷；将新鲜草莓、双孢蘑菇、冷鲜猪肉浸没到壳聚糖纳米复合涂膜液中，取出沥干后放入保鲜盒，依据光动力疗法，采用波长为600nm的红光光源照射，激发纳米材料的抑菌作用以达到食品保鲜的效果。新鲜的草莓在室温下可保鲜7‑8d；新鲜的双孢蘑菇在室温下可保藏5‑6d；冷鲜猪肉在4℃条件下可保藏5d。本发明采用光动力疗法协同壳聚糖纳米复合涂膜液对新鲜草莓/双孢蘑菇/冷鲜猪肉进行保鲜贮藏，首次将纳米材料Fe3O4@Ce6/C6@硅烷应用在食品保鲜领域。本发明在无二次污染、绿色环保的基础上，既保持了果蔬原有品质，又显著延长了果蔬的货架期。
Description
技术领域
本发明属于食品保鲜技术领域，涉及一种光动力疗法结合N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液用于草莓、双孢蘑菇、冷鲜猪肉的保鲜方法。
背景技术
N-琥珀酰壳聚糖(NSC)是近年来研究出的一种新型水溶性壳聚糖衍生物，由壳聚糖与琥珀酸酐酞化反应而得。壳聚糖的N-酰化反应降低了壳聚糖分子内和分子间形成氢键的能力，破坏了壳聚糖分子链原有的规整性，导致其结晶性明显降低，所以NSC的水溶性大大提高，具有良好的生物相容性、低毒性、可以在人体内长期留滞，在琥珀酰化过程中，使得原有壳聚糖引入大量的羧基，通过EDC、NHS活化，与抑菌剂反应，实现两者的共价结合，对金黄色葡萄球菌和李斯特菌表现出良好的抑菌性。
光动力疗法(PDT)是用光敏化合物和激光活化治疗疾病的一种新方法。用特定波长照射能使选择性聚集的光敏化合物活化，引发光化学反应。新一代光动力疗法(PDT)中的光敏化合物会将能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧。单态氧能与附近的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性进而杀伤不良细胞。与传统疗法相比，PDT的优势在于能够精确进行有效的治疗，这种疗法的副作用也很小。
Ce6即二氢卟吩是叶绿素提炼、精制和修饰得到的一种性能优良的光敏剂，其具有化学结构明确、光动力反应能力强和体内代谢快等诸多优点。进行光动力反应时，光敏剂在特定波长下接收光的照射，吸收光子的能量，发生光化学反应，产生活性氧，活性氧可有效氧化细胞中的有机分子，达到杀死细胞的作用。目前，多使用聚合物、脂质体、多糖和蛋白质等纳米颗粒载体，包载光敏剂并运载到反应部位富集，达到较好的使用效果。
草莓是蔷薇科草莓属多年生的草本植物，因富含维生素、叶酸、酚类等生物活性成分，享有“水果皇后”之称。但草莓是一种采后寿命非常短暂的非呼吸跃变型果实，一般情况下，草莓采收后放置一天即失去了商品价值。草莓容易腐烂的原因是草莓的果实饱含果汁，果皮极薄，十分娇嫩，极易受损伤而腐烂。草莓在贮藏中易受灰霉、根霉危害，室温下草莓失水快，每天可失水，还有氧化作用引起果实变色等，均是影响有机草莓保鲜效果的主要原因。草莓采摘后如何保鲜是目前函待解决的热点问题，为解决草莓采摘后易引起的草莓霉变、腐烂、发酵、软化、氧化等问题，开发一种可以替代化学保鲜剂的安全有效、无公害的保鲜剂对草莓果实的贮藏保鲜具有非常重要的意义。
双孢蘑菇味道鲜美，营养价值高，是人类理想的高蛋白、低脂肪、低热量的保健食品。双孢蘑菇采收后，组织仍进行活跃的代谢活动。双孢蘑菇含水量高，组织非常细嫩，菌盖表面没有明显的保护结构，含糖量低。常温下采后1～2d，双孢蘑菇后熟特征就表现出来。上表现为褐变、破膜、开伞和软腐等变化；生理上则表现为失水、散热、呼吸作用及生化成分的一系列变化，进而影响到细胞生长发育和生理代谢过程；营养成分的变化表现为糖、脂肪、氨基酸和一些矿物质含量的下降。国内外双孢蘑菇保鲜技术研究多以低温冷藏或气调保鲜为主，贮量少，耗能大。因此，寻找廉价易得、无毒、无残留并对双孢蘑菇感官品质无不良影响的护色保鲜剂一直受到关注。
冷鲜猪肉具有味道鲜美、口感细嫩、营养丰富等特点，虽然低温冷藏能够抑制大部分致病菌在肉中生长繁殖，但冷鲜猪肉的营养十分丰富，嗜冷腐败菌如李斯特单核增生菌、耶尔森氏菌等仍可生长。此外，随着冷鲜猪肉暴露在空气中的时间延长，脂肪组织及肌红蛋白会被氧化，水分也会部分流失，从而破坏冷鲜肉的营养、风味及色泽，极大降低了其商品价值。因此，冷鲜猪肉的保质期通常在一天。因此，延长冷鲜猪肉货架期是推动我国冷鲜猪肉发展的关键。肉类保鲜剂是延长鲜肉及其制品货架期的最为有效的方式之一。目前，国内外的肉类保鲜剂主要以乳酸钠、山梨酸钾、柠檬酸钠等化学保鲜剂为主，虽然化学保鲜剂有较强的抑菌活性，但过多摄入化学保鲜剂对人体健康会造成危害。如果能找到一种既具有抗菌活性又同时对人体无副作用的保鲜剂，对延长冷鲜肉货架期将具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光动力疗法结合N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液用于草莓、双孢蘑菇、冷鲜猪肉的保鲜方法，以解决草莓、双孢蘑菇、冷鲜猪肉贮藏保鲜过程产生的霉变、腐烂、失重、软化等问题，提高了草莓、双孢蘑菇以及冷鲜猪肉的贮藏期。
本发明为解决技术方案采取如下技术方案：
一种光动力疗法结合N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液用于草莓、双孢蘑菇、冷鲜猪肉的保鲜方法包括如下步骤：
一种光动力疗法结合N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液用于草莓、双孢蘑菇、冷鲜猪肉的保鲜方法，其特征在于，所述纳米材料为Fe3O4@Ce6/C6@硅烷纳米材料；将新鲜草莓、双孢蘑、冷鲜猪肉浸没到壳聚糖纳米复合涂膜液中，取出沥干后放入保鲜盒中，结合光动力疗法，采用红光光源照射进行食品保鲜。
(1)制备NSC：N-琥珀壳聚糖(NSC)的制备参照CN 10651927A；
(2)NSC固载纳米材料：取1g NSC溶解在20mL pH为5～8的磷酸缓冲液中，加入EDC、NHS，纳米材料制得所需溶液；
(3)涂膜液的制备：向上述制得溶液中加入8％～15％的甘油，搅拌分散均匀后制得N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液；
(4)食品涂膜：将新鲜草莓、双孢蘑菇、冷鲜猪肉浸没到壳聚糖纳米复合涂膜液中，取出沥干后放入保鲜盒，采用红光光源每天照射处理。
在步骤(2)中，所述NSC与缓冲液的比例优选1:20(mg/mL)；NSC与EDC的质量比优选1:0.03；EDC和NHS的质量比优选1:1；NSC与缓冲液的比例优选1:7.5(mg/mL)。
在步骤(3)中，所述搅拌速度优选10000±1000r/min，搅拌时间优选1min。
在步骤(4)中，所述红光光源波长优选600nm；照射时间优选20s/d；新鲜草莓和双孢蘑菇优选室温下保鲜，冷鲜猪肉优选4℃环境保鲜。
根据本发明所述的一种光动力疗法结合N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液用于草莓、双孢蘑菇、冷鲜猪肉的保鲜方法，其进一步技术方案为所述的纳米材料由以下方法制备：
(1)OA-Fe3O4NPs的合成：用FeCl3·6H2O、FeCl3·4H2O和氮气流下的氢氧化铵溶液共沉淀法制备氧化铁纳米粒子，向制备的Fe3O4纳米粒子混合物中滴加油酸加热至80℃，用N2保护30min；
(2)将OA-Fe3O4NPs、Ce6、C6、和三甲氧基(十八烷基)硅烷在四氢呋喃中混合，超声振荡30min，快速注入5倍体积的水，超声振荡1min并静置3h，制得的纳米材料表示为Fe3O4@Ce6/C6@硅烷。
有益效果：本发明采用安全无毒、易被生物降解且具有良好抑菌效果的纳米材料Fe3O4@Ce6/C6@硅烷与具有良好保鲜效果的N-琥珀酰壳聚糖溶液复配制成N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液，采用浸没涂膜的手段，在草莓、双孢蘑菇、冷鲜猪肉表面覆盖保护层，使食品可以维持其原有的食用品质，结合光动力疗法，在红光光源照射下，激发纳米材料的抑菌作用，从而达到既能抑制食品表面微生物生长，又能延长食品的货架期。首次将纳米材料Fe3O4@Ce6/C6@硅烷应用在食品保鲜领域，新鲜的草莓在室温下可保鲜7-8d；新鲜的双孢蘑菇在室温下可保藏5-6d；冷鲜猪肉在4℃条件下可保藏5d。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步描述，但这些实施例仅用于解释本发明并不对本发明的保护范围构成任何限制。
实施例1
制备纳米材料
用FeCl3·6H2O、FeCl3·4H2O和氮气流下的氢氧化铵溶液共沉淀法制备氧化铁纳米粒子，向制备的Fe3O4纳米粒子混合物中滴加油酸加热至80℃，用N2保护30min；
将OA-Fe3O4NPs、Ce6、C6、和三甲氧基(十八烷基)硅烷在四氢呋喃中混合，超声振荡30min，快速注入5倍体积的水，超声振荡1min并静置3h，制得的纳米材料表示为Fe3O4@Ce6/C6@硅烷。
制备N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液，包括以下步骤：
N-琥珀壳聚糖(NSC)的制备参照CN 10651927A；称取1.0g NSC溶解在20mL的pH＝7.2的磷酸盐缓冲液中，分别加入0.03gEDC、0.03gNHS，在室温下搅拌3h，加入纳米材料，搅拌48h，加入质量分数为10％的甘油，搅拌分散均匀后制得N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液。
所述N-琥珀酰壳聚糖溶液与纳米材料体积比分别为：8:1、8:3、4:3。
实施例2
为了进一步说明本发明对草莓的保鲜效果，选取品种为“丹东999”成熟草莓鲜果，每组称取草莓各100g放入保鲜盒中，进行以下5组保鲜试验，每隔2d观察草莓情况及取样测定草莓相关评价指标。
试验组1(对照组)：草莓不做任何处理，逐个平摊放在保鲜盒中，置于室温条件下保藏。
试验组2：草莓放入本发明实施例1制备N-琥珀酰壳聚糖涂膜液中浸泡3min，捞出，沥干表面水分，逐个平摊放在保鲜盒中，置于室温条件下保藏。
试验组3：草莓放入本发明实施例1制备的N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液(N-琥珀酰壳聚糖溶液与纳米材料体积比为：8:1)中浸泡3min，捞出，沥干表面水分，逐个平摊放在保鲜盒中，用红光照射20s/d，置于室温条件下保藏。
试验组4：草莓放入本发明实施例1制备的N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液(N-琥珀酰壳聚糖溶液与纳米材料体积比为：8:3)中浸泡3min，捞出，沥干表面水分，逐个平摊放在保鲜盒中，用红光照射20s/d，置于室温条件下保藏。
试验组5：草莓放入本发明实施例1制备的N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液(N-琥珀酰壳聚糖溶液与纳米材料体积比为：4:3)中浸泡3min，捞出，沥干表面水分，逐个平摊放在保鲜盒中，用红光照射20s/d，置于室温条件下保藏。
以上5组保鲜试验，记录了草莓感官评价、硬度、失重率、pH值、L值的数据信息，详细数据信息分别如表1～5：
试验组1
试验组2
试验组3
试验组4
试验组5
以上5组试验数据显示，试验组1作为对照组，到第4天，草莓已经出现霉变腐烂，其感官评价、硬度、失重率、pH值、L值均有跳跃式的下降变化，而试验组2～5的草莓经涂膜液处理后，都可延长草莓的贮藏期，特别是试验组4经过本发明的壳聚糖纳米粒子复合涂膜液(N-琥珀酰壳聚糖溶液与纳米材料体积比为：8:3)处理后，到第8天，草莓才出现霉变腐烂，失重率、硬度、pH值、L值变化均小于其他四组，因此，本发明的N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液能有效避免草莓发生霉变、腐烂、发酵、软化、氧化等，可提高草莓的贮藏期和保鲜效果，新鲜的草莓，在室温下可保鲜7～8d，很好的延长了草莓的贮藏期。
实施例3
为了进一步说明本发明对双孢蘑菇的保鲜效果，选取市售双孢蘑菇，每组称取双孢蘑菇各100g放入保鲜盒中，进行以下5组保鲜试验，每隔2d观察双孢蘑菇情况及取样测定双孢蘑菇相关评价指标。
试验组1(对照组)：双孢蘑菇子实体不做任何处理，逐个平摊放在保鲜盒中，置于室温条件下保藏。
试验组2：双孢蘑菇子实体放入本发明实施例1制备N-琥珀酰壳聚糖涂膜液中浸泡3min，捞出，沥干表面水分，逐个平摊放在保鲜盒中，置于室温条件下保藏。
试验组3：双孢蘑菇子实体放入本发明实施例1制备的N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液(N-琥珀酰壳聚糖溶液与纳米材料体积比为：8:1)中浸泡3min，捞出，沥干表面水分，逐个平摊放在保鲜盒中，用红光照射20s/d，置于室温条件下保藏。
试验组4：双孢蘑菇子实体放入本发明实施例1制备的N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液(N-琥珀酰壳聚糖溶液与纳米材料体积比为：8:3)中浸泡3min，捞出，沥干表面水分，逐个平摊放在保鲜盒中，用红光照射20s/d，置于室温条件下保藏。
试验组5：双孢蘑菇子实体放入本发明实施例1制备的N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液(N-琥珀酰壳聚糖溶液与纳米材料体积比为：4:3)中浸泡3min，捞出，沥干表面水分，逐个平摊放在保鲜盒中，用红光照射20s/d，置于室温条件下保藏。
以上5组保鲜试验，记录了双孢蘑菇感官评价、弹性、失重率、开伞率、L值的数据信息，详细数据信息分别如表6～10。
试验组1
试验组2
试验组3
试验组4
试验组5
以上5组试验数据显示，试验组1作为对照组，到第3天，双孢蘑菇已出现褐变霉味，其感官评价、弹性、失重率、开伞率、L值均有跳跃式的下降变化，而试验组2～5的双孢蘑菇经涂膜液处理后，都可延长双孢蘑菇的贮藏期，特别是试验组4经过本发明的壳聚糖纳米粒子复合涂膜液(N-琥珀酰壳聚糖溶液与纳米材料体积比为：8:3)处理后，到第6天，双孢蘑菇才出现霉变软化，弹性、失重率、开伞率、L值变化均小于其他四组，因此，本发明的N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液能有效避免双孢蘑菇发生霉变、腐烂、褐变、软化，可提高双孢蘑菇的贮藏期和保鲜效果，新鲜的双孢蘑菇，在室温下可保鲜5～6d，很好的延长了双孢蘑菇的贮藏期。
实施例4
为了进一步说明本发明对冷鲜猪肉的保鲜效果，选取金锣精里脊进行保鲜试验，每组称取冷鲜猪肉各50g放入保鲜盒中，进行以下5组保鲜试验，每隔2d观察冷鲜猪肉情况及取样测定冷鲜猪肉相关评价指标。
试验组1(对照组)：冷鲜猪肉不做任何处理，逐个平摊放在保鲜盒中，置于4℃条件下保藏。
试验组2：冷鲜猪肉放入本发明实施例1制备N-琥珀酰壳聚糖涂膜液中浸泡3min，捞出，沥干表面水分，逐个平摊放在保鲜盒中，置于4℃条件下保藏。
试验组3：冷鲜猪肉放入本发明实施例1制备的N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液(N-琥珀酰壳聚糖溶液与纳米材料体积比为：8:1)中浸泡3min，捞出，沥干表面水分，逐个平摊放在保鲜盒中，用红光照射20s/d，置于4℃条件下保藏。
试验组4：冷鲜猪肉放入本发明实施例1制备的N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液(N-琥珀酰壳聚糖溶液与纳米材料体积比为：8:3)中浸泡3min，捞出，沥干表面水分，逐个平摊放在保鲜盒中，用红光照射20s/d，置于4℃条件下保藏。
试验组5：冷鲜猪肉放入本发明实施例1制备的N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液(N-琥珀酰壳聚糖溶液与纳米材料体积比为：4:3)中浸泡3min，捞出，沥干表面水分，逐个平摊放在保鲜盒中，用红光照射20s/d，置于4℃条件下保藏。
以上组保鲜试验，记录了冷鲜猪肉感官评价、弹性、硬度、失重率、L值的数据信息，详细数据信息分别如表11～15。
试验组1
试验组2
试验组3
试验组4
试验组5
以上5组试验数据显示，试验组1作为对照组，到第3天，冷鲜猪肉已变质，其感官评价、弹性、硬度、失重率、L值均有跳跃式的下降变化，而试验组2～5的冷鲜猪肉经涂膜液处理后，都可延长冷鲜猪肉的贮藏期，特别是试验组4经过本发明的壳聚糖纳米粒子复合涂膜液(N-琥珀酰壳聚糖溶液与纳米材料体积比为：4:3)处理后，到第5天，冷鲜猪肉才出现表面粘稠，有异味，弹性、硬度、失重率、L值变化均小于其他四组。为检测本实施例4涂膜液对冷鲜猪肉的保鲜效果，对冷鲜肉在储藏过程的质量进行检测，按GB 4789.2-2010《食品微生物学检验-菌落总数测定》的方法测定其细菌总数，检测结果显示，本实施例可将冷鲜猪肉的货架期延长到5d。因此，本发明的N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液能有效避免冷鲜猪肉发生腐烂、发酵、软化、变质等现象，可提高冷鲜猪肉的贮藏期和保鲜效果，市售冷鲜猪肉，在4℃下可保鲜5d，很好的延长了冷鲜猪肉的贮藏期。
Claims (6)
1.一种光动力疗法结合N-琥珀酰壳聚糖复合涂膜液的保鲜方法，其特征在于：所述纳米材料为Fe3O4@Ce6/C6@硅烷纳米材料；将新鲜草莓、双孢蘑菇、冷鲜猪肉浸没到壳聚糖纳米复合涂膜液中，取出沥干后放入保鲜盒中，结合光动力疗法，采用红光光源照射进行食品保鲜。
2.根据权利要求1所述的一种光动力疗法结合N-琥珀酰壳聚糖复合涂膜液的保鲜方法，有以下步骤：
(1)制备NSC：N-琥珀壳聚糖(NSC)的制备参照CN 10651927 A；
(2)NSC固载纳米材料：取1g NSC溶解在20mL pH为5～8的磷酸缓冲液中，加入EDC、NHS，纳米材料制得所需溶液；
(3)涂膜液的制备：向上述制得溶液中加入8％～15％的甘油，搅拌分散均匀后制得N-琥珀酰壳聚糖纳米复合涂膜液；
(4)食品涂膜：将新鲜草莓、双孢蘑菇、冷鲜猪肉浸没到壳聚糖纳米复合涂膜液中，取出沥干后放入保鲜盒，采用红光光源每天照射处理。
3.根据权利要求2所述的一种光动力疗法结合N-琥珀酰壳聚糖复合涂膜液的保鲜方法，其特征在于，(2)中所述NSC与缓冲液的比例为1:20(mg/mL)；NSC与EDC的质量比为1:0.03；EDC和NHS的质量比为1:1；NSC与缓冲液的比例为1:7.5(mg/mL)。
4.根据权利要求2所述的一种光动力疗法结合N-琥珀酰壳聚糖复合涂膜液的保鲜方法，其特征在于，(2)中所述纳米材料由以下方法制备：
(1)OA-Fe3O4NPs的合成：用FeCl3·6H2O、FeCl3·4H2O和氮气流下的氢氧化铵溶液共沉淀法制备氧化铁纳米粒子，向制备的Fe3O4纳米粒子混合物中滴加油酸加热至80℃，用N2保护30min；
(2)将OA-Fe3O4NPs、Ce6、C6、和三甲氧基(十八烷基)硅烷在四氢呋喃中混合，超声振荡30min，快速注入5倍体积的水，超声振荡1min并静置3h，制得的纳米材料表示为Fe3O4@Ce6/C6@硅烷。
5.根据权利要求2所述的一种光动力疗法结合N-琥珀酰壳聚糖复合涂膜液的保鲜方法，其特征在于，(3)中所述搅拌速度为10000±1000r/min；搅拌时间为1min。
6.根据权利要求2所述的一种光动力疗法结合N-琥珀酰壳聚糖复合涂膜液的保鲜方法，其特征在于，(4)中所述红光光源波长为600nm；照射时间为20s/d；新鲜草莓和双孢蘑菇放置在室温下保鲜，冷鲜猪肉放置4℃环境中保鲜。
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Non-Patent Citations (3)
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110074170B (zh) | 2023-01-06 |
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