CN114276571A - 一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜及其制备方法，涉及保鲜膜技术领域，所采用的技术方案包括以下步骤：S1，将噬菌体原液与宿主菌接种培养，然后制备得到噬菌体悬液；S2，将明胶溶解后加入塑化剂，搅拌均匀后制得明胶成膜基液；S3，向所述明胶成膜基液中加入所述噬菌体悬液和0.1~0.2 wt%的原儿茶酸，成膜，制得明胶‑噬菌体‑PCA保鲜膜。本发明具有更有效的抗菌、抗氧化性能，原儿茶酸增强了噬菌体的贮藏稳定性和释放效率，能够有效降低所针对的食源性致病菌的数量，将其应用到肉类、新鲜蔬菜等生鲜食品的保鲜中有助于延长货物的货架期。

Description

一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及保鲜膜技术领域，尤其涉及一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜及其制备方法。

背景技术

微生物代谢是导致食品腐败变质的重要原因，尤其是污染致病菌引起的食源性疾病，更是严重威胁着人类健康甚至生命。常见的食源性致病菌包括大肠杆菌、沙门氏菌、单增李斯特菌、副溶血性弧菌等，大肠杆菌O157:H7是其中极具代表性的一种，家畜及其肉制品是大肠杆菌O157:H7的重要传播途径，尤其是牛肉及其制品中，据统计每年由其造成的损失达2.5亿美元。

由于近年来不可降解食品包装材料大量使用造成了严重的环境污染问题，因此，基于天然大分子物质的功能性食品包装研究成为热点。可降解膜是以蛋白质、多糖、脂类为主要成膜基质，同时添加抗菌剂或抗氧化剂，采用涂膜、包封、浸渍的方式用于食品保鲜。目前常用抗菌剂分为人工合成抗菌剂、无机抗菌剂和天然抗菌剂。

但由于耐药性细菌菌株的不断出现，常规的抗菌剂的作用日益减弱，以噬菌体为主的生物防控手段引起了人们的关注，近年来有研究将噬菌体用于鸡肉、牛肉、猪肉、哈密瓜、苹果等食品保鲜中用于控制食源性致病菌污染。但目前主要采取的浸泡、喷雾等方式，在食品处理上存在交叉污染和将噬菌体扩散到环境中的风险，需要一种使用方便、无副作用的保鲜方式。

发明内容

针对现有技术方案中耐药性细菌菌株导致抗菌剂作用日益减弱、常规的保鲜技术在噬菌体的使用上不够方便且存在副作用、需考虑环保等问题，本发明提供了一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜及其制备方法。

本发明提供如下的技术方案：一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜的制备方法，包括以下步骤，

S1，将噬菌体原液与宿主菌接种培养，然后制备得到噬菌体悬液；

S2，将明胶溶解后加入塑化剂，搅拌均匀后制得明胶成膜基液；

S3，向所述明胶成膜基液中加入所述噬菌体悬液和0.1~0.4 wt%的原儿茶酸，成膜，制得明胶-噬菌体-PCA保鲜膜。

优选地，所述噬菌体悬液中的噬菌体为大肠杆菌噬菌体。

优选地，在步骤S1中，所述噬菌体悬液的噬菌体效价为10~11 Log PFU/mL。

优选地，在步骤S2中，在蒸馏水中加入1~5 wt%的明胶，在50~70 ℃下加热30~50min使明胶溶解，再加入甘油作为塑化剂，搅拌使明胶和甘油充分交联，制得明胶成膜基液。

优选地，所述甘油的加入量为0.2~1 wt%。

优选地，在步骤S2中，所述明胶为鱼明胶、猪皮明胶和牛皮明胶中的一种。

优选地，在步骤S3中，加入所述明胶成膜基液中的噬菌体悬液的体积分数为0.1~5%。

优选地，在步骤S3中，加入所述明胶成膜基液中的原儿茶酸的质量分数为0.1~0.2%。

一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜，所述保鲜膜为根据前文所述的制备方法制造的保鲜膜。

本发明的有益效果是：将噬菌体和原儿茶酸共同添加到可降解的明胶膜中，明胶膜和原儿茶酸提升了噬菌体的稳定性和活性，降低了损失率；原儿茶酸表现出和噬菌体协同抗菌的作用，提升了明胶膜的抗菌能力，同时提高了明胶膜的膨胀指数，增加了明胶膜使用中噬菌体的释放效率，并且有助于噬菌体在室温或冷藏温度中以较高的效价保存。本发明能够有效降低所针对的食源性致病菌的数量，将其应用到肉类、新鲜蔬菜等货物的保鲜中有助于延长货物的货架期。

附图说明

图1为本发明一个实施例的流程图。

图2为不同浓度的PCA溶液中噬菌体效价随时间变化图。

图3为噬菌体释放时间谱。

图4为噬菌体在25℃环境中储存的稳定性图。

图5为不同膜对大肠杆菌O157:H7的抑制效果图。

图6为4℃下牛肉中大肠杆菌O157:H7的数量随时间变化图。

图7为4℃下牛肉中菌落总数的数量随时间变化图。

具体实施方式

以下结合附图及附图标记对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人在研读本说明书后能据以实施。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明提供了一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，制备噬菌体悬液

将噬菌体原液与其宿主菌大肠杆菌O157:H7按比例接种培养，然后离心、过滤得到噬菌体悬液，其中噬菌体效价为10 Log PFU/mL。

S2，制备明胶溶液

在蒸馏水中加入5 wt%的鱼明胶，在50 ℃下加热30 min，待鱼明胶溶解后，加入0.2 wt%的甘油作为塑化剂，搅拌5min，使鱼明胶和甘油充分交联，制得明胶成膜基液。

S3，制膜

向明胶成膜基液中加入体积分数为5%的噬菌体悬液和0.1 wt%的原儿茶酸（PCA），然后搅拌、超声脱泡，再将其倾注在光滑的聚丙烯板上成膜，经过低温干燥、揭膜、分切后，制得含有噬菌体和原儿茶酸的抗菌抗氧化可降解的明胶-噬菌体-PCA保鲜膜。

实施例2

将噬菌体原液与其宿主菌大肠杆菌O157:H7按比例接种培养，然后离心、过滤得到噬菌体悬液，其中噬菌体效价为10 Log PFU/mL。

S2，制备明胶溶液

在蒸馏水中加入1.5 wt%的鱼明胶，在60 ℃下加热30 min，待鱼明胶溶解后，加入0.2 wt%的甘油作为塑化剂，搅拌5min，使鱼明胶和甘油充分交联，制得明胶成膜基液。

S3，制膜

向明胶成膜基液中加入体积分数为 1%的噬菌体悬液和0.1 wt%的原儿茶酸，然后搅拌、超声脱泡，再将其倾注在光滑的聚丙烯板上成膜，经过低温干燥、揭膜、分切后，制得含有噬菌体和原儿茶酸的抗菌抗氧化可降解的明胶-噬菌体-PCA保鲜膜。

实施例3

本发明提供了一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，制备噬菌体悬液

将噬菌体原液与其宿主菌大肠杆菌O157:H7按比例接种培养，然后离心、过滤得到噬菌体悬液，其中噬菌体效价为10 Log PFU/mL。

S2，制备明胶溶液

在蒸馏水中加入5 wt%的鱼明胶，在70 ℃下加热50 min，待鱼明胶溶解后，加入0.6 wt%的甘油作为塑化剂，搅拌5min，使鱼明胶和甘油充分交联，制得明胶成膜基液。

S3，制膜

向明胶成膜基液中加入体积分数为5%的噬菌体悬液和0.2 wt%的原儿茶酸，然后搅拌、超声脱泡，再将其倾注在光滑的聚丙烯板上成膜，经过低温干燥、揭膜、分切后，制得含有噬菌体和原儿茶酸的抗菌抗氧化可降解的明胶-噬菌体-PCA保鲜膜。

对比例1

市售塑料保鲜膜。

对比例2

市售SM缓冲液，并在其中添加噬菌体悬液，稀释后噬菌体效价为7 Log PFU/mL。

对比例3

明胶保鲜膜。将根据实施例1的步骤S2制备的明胶成膜基液搅拌脱泡后倾注在光滑的聚丙烯板上成膜，再经干燥、揭膜、分切后得到明胶保鲜膜。

对比例4

明胶-噬菌体保鲜膜。根据实施例1的步骤S1和S2制备得到噬菌体悬液、明胶成膜基液，再将向明胶成膜基液中加入体积分数为5%的噬菌体悬液，搅拌脱泡后倾注在光滑的聚丙烯板上成膜，再经干燥、揭膜、分切后得到明胶-噬菌体保鲜膜。

对比例5

明胶-PCA保鲜膜。根据实施例1的步骤S2制备得到明胶成膜基液，再将向明胶成膜基液中加入0.1 wt%的原儿茶酸，搅拌脱泡后倾注在光滑的聚丙烯板上成膜，再经干燥、揭膜、分切后得到明胶-PCA保鲜膜。

明胶是一种水溶性材料，添加甘油作为塑化剂后形成的明胶膜能够降解，符合环保要求。在制膜过程中，明胶的加入量与噬菌体悬液的加入量呈正相关。

原儿茶酸（PCA）具有较强的抗氧化、抑菌作用，对致病菌和噬菌体同样有效，因此，需控制保鲜膜中PCA的加入量。将效价为9~10 Log PFU/mL的大肠杆菌O157:H7噬菌体分别加入到PCA质量分数分别为0、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的溶液中，检测96 h内噬菌体效价的变化，检测结果如图2所示。当溶液中PCA的质量分数在0.05~0.2%之间时，大肠杆菌O157:H7噬菌体的效价变化较为轻微；当溶液中PCA的质量分数大于0.2%时，大肠杆菌O157:H7噬菌体的效价均出现明显的下降，且下降幅度随PCA质量分数的提升而提升。因此，为保证保鲜膜中PCA的含量对致病菌产生有效抑制、表现出持续时间较长的抗氧化性和抗菌性，又不影响噬菌体的效价，在本发明的制作过程中PCA的加入量的优选值为0.1~0.2 wt%。

利用本发明制备的明胶-噬菌体-PCA保鲜膜进行储藏时，噬菌体的释放效率更高。为了评估本发明噬菌体的释放效率，将根据实施例1制备的明胶-噬菌体-PCA保鲜膜和对比例4浸没于水环境中，以噬菌体向水中的释放为模拟系统，定时采样来测量噬菌体的释放，结果如图3所示。在0~25 h内，明胶-噬菌体-PCA保鲜膜中的噬菌体释放效率明显高于对比例4，这是由于加入PCA后，明胶-噬菌体-PCA保鲜膜的膨胀指数提高到了576.0±6.2，而对比例4中的膨胀指数仅为520.0±13.3，噬菌体的释放是伴随着膜的膨胀，从而高膨胀系数有利于噬菌体的释放。对比例3的膨胀指数为458.8±21.1。

噬菌体在常温下效价容易降低，本发明使噬菌体具有更高的室温稳定性，增加了其运输及储存的便利性。噬菌体的高稳定性是本发明的关键条件之一。将对比例2、对比例4、表面滴加有效价为7 Log PFU/cm²噬菌体的对比例1以及根据实施例1制备的明胶-噬菌体-PCA保鲜膜在25℃的环境中储藏42天，并定期检测其噬菌体效价，由图4可知，在25℃环境中，从0天到42天，对比例1表面的噬菌体效价降低得最快，幅度也最大，约降低4.5 log，其次是对比例4和对比例2，根据实施例1制备的明胶-噬菌体-PCA保鲜膜中的噬菌体效价降低不明显。结果表明，当噬菌体包裹在根据实施例1制备的明胶-噬菌体-PCA保鲜膜中时，在25 ℃下的稳定性显著提高，这是由于噬菌体的蛋白外壳可能会受到氧化损伤从而失去活性，而 PCA 具有抗氧化能力，可以清除氧自由基，起到保护噬菌体的作用。

PCA和噬菌体具有协同抗菌作用，使本发明制备的明胶-噬菌体-PCA保鲜膜抑菌效果更为优异。

采用细菌接触法测定根据实施例1制备的明胶-噬菌体-PCA保鲜膜、对比例1、对比例3、对比例4和对比例5分别对大肠杆菌O157:H7的抑制效果，在无菌状态下将上述膜表面模拟污染大肠杆菌O157:H7，在37℃下培养24 h后，大肠杆菌O157:H7的数量如图5所示。对比例1和对比例3对大肠杆菌O157:H7基本无抑制效果；对比例4、对比例5和明胶-噬菌体-PCA保鲜膜均可以抑制大肠杆菌O157:H7在膜上的生长速度。明胶-噬菌体-PCA保鲜膜的抑制效果最佳，大肠杆菌O157:H7的数量仅为4.29 Log CFU/cm²，因为PCA和噬菌体发挥了协同抗菌作用，PCA可能通过改变致病菌细胞膜的通透性来增强噬菌体的作用，促进噬菌体遗传物质进入细胞，也可能与细胞膜上的噬菌体同时作用，通过改变细胞膜电位引起致病菌裂解。

采用细菌接触法测定对比例1以及根据实施例1、2、3制备的明胶-噬菌体-PCA保鲜膜分别对大肠杆菌O157:H7的抑制效果，在无菌状态下将上述膜表面模拟污染大肠杆菌O157:H7，在37℃下培养24 h后，大肠杆菌O157:H7的数量如表一所示。由表一可知，制膜时添加的噬菌体悬液体积分数越大，对大肠杆菌O157:H7的抑制效果越好。

表一：实施例1、2、3制备的保鲜膜对大肠杆菌O157:H7的抑制效果

在无菌状态下将牛肉切成薄片，然后模拟污染大肠杆菌O157:H7，接着使用对比例3、4、5以及根据实施例1制备的明胶-噬菌体-PCA保鲜膜紧密包裹肉片，将肉片置于4℃的环境中冷藏保存，定时对大肠杆菌O157:H7的数量和菌落总数进行测定，结果如图6和图7所示。由图6可知，在4℃环境中，对比例3处理组牛肉表面的大肠杆菌O157:H7的数量逐渐增加；对比例4、5及实施例1处理组牛肉表面的大肠杆菌O157:H7的数量先降低再增加，且实施例1处理组的增加幅度不明显，与其他处理组相比具有显著性差异，抑菌效果最好，这是由于前5天所有抗菌剂均可以抑制牛肉表面大肠杆菌O157:H7 的生长，到5~7天时抑菌剂逐渐消耗，对比例4、5不能继续维持抑菌效果。由图7可知，实施例1处理组的细菌总数上升最慢，表明PCA-噬菌体协同抑菌的效果最好。

综上所述，将噬菌体和原儿茶酸共同添加到可降解的明胶膜中，明胶膜和原儿茶酸提升了噬菌体的稳定性和活性，降低了损失率；原儿茶酸表现出和噬菌体协同抗菌的作用，提升了明胶膜抑菌能力，同时提高了明胶膜的膨胀指数，增加了明胶膜使用中噬菌体的释放效率，并且有助于噬菌体在室温或冷藏温度中以较高的效价保存。本发明能够有效降低所针对的食源性致病菌和菌落总数的数量，将其应用到肉类、新鲜蔬菜等生鲜食品的保鲜中有助于延长货物的货架期。

以上为本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1，将噬菌体原液与宿主菌接种培养，然后制备得到噬菌体悬液；

S2，将明胶溶解后加入塑化剂，搅拌均匀后制得明胶成膜基液；

S3，向所述明胶成膜基液中加入所述噬菌体悬液和0.1~0.4 wt%的原儿茶酸，成膜，制得明胶-噬菌体-PCA保鲜膜。

2.根据权利要求1所述的一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜的制备方法，其特征在于：所述噬菌体悬液中的噬菌体为大肠杆菌噬菌体。

3.根据权利要求1所述的一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述噬菌体悬液的噬菌体效价为10~11 Log PFU/mL。

4.根据权利要求1所述的一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，在蒸馏水中加入1~5 wt%的明胶，在50~70 ℃下加热30~50 min使明胶溶解，再加入甘油作为塑化剂，搅拌使明胶和甘油充分交联，制得明胶成膜基液。

5.根据权利要求5所述的一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜的制备方法，其特征在于：所述甘油的加入量为0.2~1 wt%。

6.根据权利要求1所述的一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述明胶为鱼明胶、猪皮明胶和牛皮明胶中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，加入所述明胶成膜基液中的噬菌体悬液的体积分数为0.1~5%。

8.根据权利要求1所述的一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，加入所述明胶成膜基液中的原儿茶酸的质量分数为0.1~0.2%。

9.一种抗菌抗氧化可降解保鲜膜，其特征在于：所述保鲜膜为根据权利要求1-8任意一项所述的制备方法制造的保鲜膜。

Images