CN111387269A - 纳米级食品生物保鲜剂，其制备方法及使用方法 - Google Patents

纳米级食品生物保鲜剂，其制备方法及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米级食品生物保鲜剂，所述生物保鲜剂由质量比为(10‑20):(5‑15):(3‑15):(2‑10)的全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素组成，且所述生物保鲜剂的颗粒呈纳米级。本发明还公开了所述纳米级食品生物保鲜剂的制备方法及使用方法。本发明的纳米级食品生物保鲜剂，具有更高的保鲜效力，对人体安全无害。

Description

纳米级食品生物保鲜剂，其制备方法及使用方法
技术领域
本发明涉及食品防腐技术领域，具体涉及一种纳米级食品生物保鲜剂，其制备方法及使用方法。
背景技术
果蔬、水产品和禽肉制品等鲜生食品在加工、贮藏和运输过程中极易受到各种有害微生物的污染，以及因自身的生理代谢而发生腐败和变质，造成巨大的经济损失。因此，保证食品的品质、延长保质期、防止食品级原材料的腐败变质是食品工业的重要任务。常用的保鲜技术主要有冷藏、充惰性气体及使用保鲜剂等手段，其中采用保鲜剂处理，具有廉价、高效、便捷的优点。
食品保鲜剂主要有化学合成保鲜剂和天然生物保鲜剂，长期过量使用化学合成保鲜剂会对人体健康和环境有一定的影响。随着食品质量安全和环保意识的不断增强，人们开始寻求更安全、高效的保鲜剂。因此，近年来开始兴起的天然生物保鲜技术引起人们的广泛关注。
从一些植物、动物中提取及微生物代谢的产物中可获得具有良好的抗氧化和抗菌活性的天然生物保鲜剂。天然多糖因其来源丰富、同时具有生物降解性和生物相容性和安全无毒等特性已引起研究人员的广泛关注。壳寡糖和海藻酸钠分别具有良好的抗菌活性和成膜性，被视为开发新型天然生物保鲜膜的理想材料。目前，以壳寡糖和海藻酸钠作为保鲜剂已有广泛的研究，例如中国专利CN104068014A(公开日为2014年10月1日)、CN104041913A(公开日为2014年9月17日)、CN108835223A(公开日为2018年11月20日)等。但是上述保鲜剂仍具有保鲜效果差、成本高、制备工艺复杂等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种纳米级食品生物保鲜剂，该生物保鲜剂采用多种天然生物活性物质经配伍得到，具有更高的保鲜效力，且对人体安全无害。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下所述的技术方案：
本发明第一方面提供了一种纳米级食品生物保鲜剂，所述生物保鲜剂由质量比为(10-20):(5-15):(3-15):(2-10)的全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素组成，且所述生物保鲜剂的颗粒呈纳米级。
壳寡糖分子C2位上存在氨基和乙酰氨基，壳寡糖发挥抗菌活性的功能基团是C2位活性氨基，因此，活性氨基的数量越多，其抗菌活性越强。因此为了增强保鲜剂的抗菌效果，将原料壳寡糖首先进行全脱乙酰化，使乙酰氨基转化为氨基，从而发挥最大抗菌活性；另外，脱乙酰度越高，分子链上的游离氨基越多，离子化强度越高，越易溶于水，因此选用全脱乙酰化还可以提高壳寡糖的水溶性。
本发明中，生物保鲜剂的颗粒呈纳米级，由于纳米级的生物保鲜剂具有体积小、比表面积大的特点，可以与所保鲜的材料表面充分接触，同时纳米级的生物保鲜剂还具有缓释性、分散性好、稳定性高等特点，从而更有利于延长保鲜时间，提高保鲜效果。
进一步地，所述全脱乙酰化壳寡糖的分子量为1000Da-5500Da。
进一步地，所述海藻酸钠的分子量为20kDa-100kDa。
进一步地，所述全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素均为市售食品级产品。
本发明第二方面提供了第一方面所述的纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照(10-20):(5-15):(3-15):(2-10)的质量比，将全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素混合，然后按照质量体积比(克/升)为1:(6-100)的比例将混合物溶于水中，混匀，得初始溶液；
(2)将所述初始溶液置于40-65℃的超声波清洗机中进行超声热处理；
(3)对超声热处理后的溶液进行抽滤，去除未溶解的杂质；
(4)将滤液制成粉剂，再对所述粉剂进行超微粉碎处理，控制粉剂的粒径为纳米级，得到所述纳米级食品生物保鲜剂。
由于全脱乙酰化壳寡糖和海藻酸钠溶于水时呈现胶体的性质，影响各组分混合的均匀性，本发明通过采用超声热处理，使得全脱乙酰化壳寡糖和海藻酸钠充分溶解、分散，从而提高了溶液中四种组分的均匀性。进一步地，所述超声热处理的时间为10-30min，超声波的工作频率为20-50KHz。
进一步地，步骤(3)中，抽滤后将滤液依次经过0.45μm和0.22μm的微孔滤膜进行过滤。
本发明中，通过抽滤和两次过滤，一方面可以除去一部分杂质及前期未溶解的物质，另一方面可以使透过微孔滤膜的初级混合液的分子量更均一，从而更有利于后续制备纳米级食品生物保鲜剂及发挥保鲜效果。
进一步地，步骤(4)中，采用真空冷冻干燥或喷雾干燥的方法将滤液制成粉剂。
进一步地，所述超微粉碎处理具体为：将粉剂置于纳米球磨机中进行球磨，球料比为3:1，粉碎时间为2-10小时，球磨设备通过循环冷却水降温，温度控制在35℃以下。
本发明第三方面提供了第一方面所述的生物保鲜剂的使用方法，包括：
按照质量体积比(克/升)为1:(200-5000)的比例，将生物保鲜剂溶解于水中制得保鲜液，将所述保鲜液喷施于果蔬、水产品或禽肉制品表面，或将上述鲜制品浸泡于所述保鲜液中2-8分钟；每10升保鲜液处理200-1000公斤果蔬、水产品或禽肉制品。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明的纳米级食品生物保鲜剂，选择全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素这四种天然生物活性物质联用，使得保鲜剂中各个组分产生了协同增效的效果；同时由于纳米级的生物保鲜剂具有体积小、比表面积大的特点，可以与所保鲜的材料表面充分接触，同时还具有缓释性、分散性好、稳定性高等特点，从而有利于延长保鲜时间，提高保鲜效果。与现有的生物保鲜剂相比，本发明的纳米级食品生物保鲜剂具有更高的保鲜效力。
2.本发明的纳米级食品生物保鲜剂，制备技术成本低，制作过程中不添加任何有毒物质，绿色环保，对人体安全无害。
3.本发明的纳米级食品生物保鲜剂，使用方法简单、应用范围广泛；附着在食品表面容易清洗，从而提高果蔬、水产品和禽肉制品的品质和市场竞争力，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1是实施例1所制备的纳米级食品生物保鲜剂粉末的粒径分布图；
图2是对比例5所制备的非纳米级食品生物保鲜剂粉末的粒径分布图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
一种纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，包括以下步骤：
将全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素按照质量比例12:10:8:5混合，将此混合物以1:20的质量体积比(克/升)溶解在自来水中，充分混匀后，置于温度为40℃下的超声波清洗机中热处理15min，超声波的工作频率为25KHz。将溶液减压抽滤10min，除去未溶解的物质，再将所获得的溶液先用过滤孔径为0.45微米的微孔滤膜过滤，接着用过滤孔径为0.22微米的微孔滤膜过滤。所得滤液进行真空冷冻干燥制得粉剂后，置于纳米球磨机设备中进行超微粉碎处理，球料比为3:1，粉碎时间为5小时，球磨设备通过循环冷却水降温，温度控制在30℃下，获得纳米级食品生物保鲜剂。
图1为本实施例所制备的纳米级食品生物保鲜剂粉末的粒径分布情况。从图中可以看出，保鲜剂粉末呈纳米级，粒径基本符合正态分布，分布比较均匀，有49％的粒径集中在200～300nm，其中200～250nm的占29％，250～300nm的占20％。
将此纳米级食品生物保鲜剂以质量比(克/升)为1:500溶解于自来水中获得保鲜液，喷施于苹果表面，每10升保鲜液处理200公斤苹果，保鲜时间延长2.9倍。
实施例二
一种纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，包括以下步骤：
将全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素按照质量比例15:8:10:8混合，将此混合物以1:50的质量体积比(克/升)溶解在自来水中，充分混匀后，置于温度为50℃下的超声波清洗机中热处理20min，超声波的工作频率为30KHz。将溶液减压抽滤10min，除去未溶解的物质，再将所获得的溶液先用过滤孔径为0.45微米的微孔滤膜过滤，接着用过滤孔径为0.22微米的微孔滤膜过滤；所得滤液进行真空冷冻干燥制得粉剂后，置于纳米球磨机设备中进行超微粉碎处理(球磨工艺参数同实施例一)，获得纳米级食品生物保鲜剂。
将此纳米级食品生物保鲜剂以质量比(克/升)为1:800溶解于自来水中获得保鲜液，喷施于虾表面，每10升保鲜液处理180公斤虾，保鲜时间延长3.8倍。
实施例三
一种纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，包括以下步骤：
将全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素按照质量比例18:5:9:10混合，将此混合物以1:80的质量体积比(克/升)溶解在自来水中，充分混匀后，置于温度为60℃下的超声波清洗机中热处理30min，超声波的工作频率为50KHz。将溶液减压抽滤10min，除去未溶解的物质，再将所获得的溶液先用过滤孔径为0.45微米的微孔滤膜过滤，接着用过滤孔径为0.22微米的微孔滤膜过滤；所得滤液进行真空冷冻干燥制得粉剂后，置于纳米球磨机设备中进行超微粉碎处理(球磨工艺参数同实施例一)，获得纳米级食品生物保鲜剂。
将此纳米级食品生物保鲜剂以质量比(克/升)为1:1000溶解于自来水中获得保鲜液，喷施于鸡肉表面，每10升保鲜液处理150公斤鸡肉，保鲜时间延3.5倍。
对比例一
一种纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，包括以下步骤(缺少全脱乙酰化壳寡糖)：
将海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素按照质量比例10:8:5混合，将此混合物以1:20的质量体积比(克/升)溶解在自来水中，充分混匀后，置于温度为40℃下的超声波清洗机中热处理15min，超声波的工作频率为25KHz。将溶液减压抽滤10min，除去未溶解的物质，再将所获得的溶液先用过滤孔径为0.45微米的微孔滤膜过滤，接着用过滤孔径为0.22微米的微孔滤膜过滤；所得滤液进行真空冷冻干燥制得粉剂后，置于纳米球磨机设备中进行超微粉碎处理(球磨工艺参数同实施例一)，获得纳米级食品生物保鲜剂。
将此纳米级食品生物保鲜剂以质量比(克/升)为1:500溶解于自来水中获得保鲜液，喷施于苹果表面，每10升保鲜液处理150公斤苹果，保鲜时间延长1.2倍。
对比例二
一种纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，包括以下步骤(缺少海藻酸钠)：
将全脱乙酰化壳寡糖、氯代曲酸和二氢杨梅素按照质量比例15:10:8混合，将此混合物以1:50的质量体积比(克/升)溶解在自来水中，充分混匀后，置于温度为50℃下的超声波清洗机中热处理20min，超声波的工作频率为30KHz。将溶液减压抽滤10min，除去未溶解的物质，再将所获得的溶液先用过滤孔径为0.45微米的微孔滤膜过滤，接着用过滤孔径为0.22微米的微孔滤膜过滤；所得滤液进行真空冷冻干燥制得粉剂后，置于纳米球磨机设备中进行超微粉碎处理(球磨工艺参数同实施例一)，获得纳米级食品生物保鲜剂。
将此纳米级食品生物保鲜剂以质量比(克/升)为1:800溶解于自来水中获得保鲜液，喷施于虾表面，每10升保鲜液处理180公斤虾，保鲜时间延长1.6倍。
对比例三
一种纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，包括以下步骤(缺少氯代曲酸)：
将全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠和二氢杨梅素按照质量比例18:5:10混合，将此混合物以1:80的质量体积比(克/升)溶解在自来水中，充分混匀后，置于温度为60℃下的超声波清洗机中热处理30min，超声波的工作频率为50KHz。将溶液减压抽滤10min，除去未溶解的物质，再将所获得的溶液先用过滤孔径为0.45微米的微孔滤膜过滤，接着用过滤孔径为0.22微米的微孔滤膜过滤；所得滤液进行真空冷冻干燥制得粉剂后，置于纳米球磨机设备中进行超微粉碎处理(球磨工艺参数同实施例一)，获得纳米级食品生物保鲜剂。
将此纳米级食品生物保鲜剂以质量比(克/升)为1:1000溶解于自来水中获得保鲜液，喷施于鸡肉表面，每10升保鲜液处理150公斤鸡肉，保鲜时间延长1.3倍。
对比例四
一种纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，包括以下步骤(缺少二氢杨梅素)：
将全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠和氯代曲酸按照质量比例11:12:7混合，将此混合物以1:60的质量体积比(克/升)溶解在自来水中，充分混匀后，置于温度为45℃下的超声波清洗机中热处理25min，超声波的工作频率为20KHz。将溶液减压抽滤10min，除去未溶解的物质，再将所获得的溶液先用过滤孔径为0.45微米的微孔滤膜过滤，接着用过滤孔径为0.22微米的微孔滤膜过滤；所得滤液进行真空冷冻干燥制得粉剂后，置于纳米球磨机设备中进行超微粉碎处理(球磨工艺参数同实施例一)，获得纳米级食品生物保鲜剂。
将此纳米级食品生物保鲜剂以质量比(克/升)为1:700溶解于自来水中获得保鲜液，喷施于苹果表面，每10升保鲜液处理200公斤苹果，保鲜时间延长1.4倍。
对比例五
一种非纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，包括以下步骤(未经球磨机超微粉碎)：
将全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素按照质量比例12:10:8:5混合，将此混合物以1:20的质量体积比(克/升)溶解在自来水中，充分混匀后，置于温度为40℃下的超声波清洗机中热处理15min，超声波的工作频率为25KHz。将溶液减压抽滤10min，除去未溶解的物质，再将所获得的溶液先用过滤孔径为0.45微米的微孔滤膜过滤，接着用过滤孔径为0.22微米的微孔滤膜过滤；所得滤液进行真空冷冻干燥制得粉剂。
由附图1-2中的粒径分布图可以看出，未经超微粉碎的生物保鲜剂粉末为微米级，大部分粉末粒径分布于300-700μm之间，且粒径分布范围广；而经超微粉碎之后，生物保鲜剂粉末为纳米级，大部分粉末粒径分布于150-350nm之间，且粒径分布呈正态分布。
将此生物保鲜剂以质量比(克/升)为1:500溶解于自来水中获得保鲜液，喷施于苹果表面，每10升保鲜液处理200公斤苹果，保鲜时间延长1.2倍。
由以上结果可知，实施例中的生物保鲜剂，其保鲜效果数倍于对比例，这表明通过将全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素这四种成分联合使用时产生了协同增效的效果。
此外，与非纳米级的生物保鲜剂相比，实施例的纳米级的生物保鲜剂能够显著地提升保鲜效果。
抑菌能力实验
本实验采用LB培养基，将供试菌先移入相应的培养基，于37℃下培养24小时，用挑种环挑取少许菌体，放入装有无菌水的试管内，振动摇匀，职称菌悬液，采用比浊法计数，调整菌悬液浓度，使其含菌数约为107个/毫升，备用。
取直径为6毫米的滤纸片放入一定浓度的抑菌溶液中浸泡6小时，取出干燥。将各种供试菌悬液取0.2毫升分别注入直径为120毫米的无菌培养皿中培养，再倒入20毫升LB培养基，混匀后冷却，用无菌镊子夹取含浸出液的滤纸片贴在含菌平板上，每皿贴6片，每组重复3次，置于37℃培养24小时，测定滤纸片周围抑菌圈直径大小，观察抑菌效果。在上述试验条件下，使用同样浓度的苯甲酸钠、山梨酸钾进行对比实验，实验结果见表1。
表1抑菌实验结果
Figure BDA0002496634020000091
Figure BDA0002496634020000101
从表1的结果可知，与对比例及苯甲酸钠、山梨酸钾相比，实施例的生物保鲜剂对于多种细菌均具有更好的抑菌效果，从而有利于提高保鲜效果。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种纳米级食品生物保鲜剂，其特征在于，所述生物保鲜剂由质量比为(10-20):(5-15):(3-15):(2-10)的全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素组成，所述生物保鲜剂的颗粒呈纳米级。
2.根据权利要求1所述的一种纳米级食品生物保鲜剂，其特征在于，所述全脱乙酰化壳寡糖的分子量为1000Da-5500Da。
3.根据权利要求1所述的一种纳米级食品生物保鲜剂，其特征在于，所述海藻酸钠的分子量为20kDa-100kDa。
4.根据权利要求1所述的一种纳米级食品生物保鲜剂，其特征在于，所述全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素均为市售食品级产品。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照(10-20):(5-15):(3-15):(2-10)的质量比，将全脱乙酰化壳寡糖、海藻酸钠、氯代曲酸和二氢杨梅素混合，然后按照1:(6-100)的比例将混合物溶于水中，混匀，得初始溶液；
(2)将所述初始溶液置于40-65℃的超声波清洗机中进行超声热处理；
(3)对超声热处理后的溶液进行抽滤，去除未溶解的杂质；
(4)将滤液制成粉剂，再对粉剂进行超微粉碎处理，控制粉剂的粒径为纳米级，得到所述纳米级食品生物保鲜剂。
6.根据权利要求5所述的一种纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述超声热处理的时间为10-30min，超声波的工作频率为20-50KHz。
7.根据权利要求5所述的一种纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，抽滤后将滤液依次经过0.45μm和0.22μm的微孔滤膜进行过滤。
8.根据权利要求5所述的一种纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，采用真空冷冻干燥或喷雾干燥的方法将滤液制成粉剂。
9.根据权利要求5所述的一种纳米级食品生物保鲜剂的制备方法，其特征在于，所述超微粉碎处理具体为：将粉剂置于纳米球磨机中进行球磨，球料比为3:1，粉碎时间为2-10小时，球磨设备通过循环冷却水降温，温度控制在35℃以下。
10.权利要求1-4任一项所述的生物保鲜剂的使用方法，其特征在于，包括：
按照1:(200-5000)的比例，将生物保鲜剂溶解于水中制得保鲜液，将所述保鲜液喷施于果蔬、水产品或禽肉制品表面，或将上述鲜制品浸泡于所述保鲜液中2-8分钟；每10升保鲜液处理200-1000公斤果蔬、水产品或禽肉制品。
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