CN115067386A - 一种类淀粉样溶菌酶保鲜液及其在鲜切水果保鲜中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种类淀粉样溶菌酶保鲜液及其在鲜切水果保鲜中的应用，所述保鲜液包含溶菌酶、可食用生物胶、L‑半胱氨酸，本发明是先将溶菌酶水溶液与可食用生物胶水溶液混合，室温反应得到溶菌酶/可食用生物胶络合物水溶液，然后将pH为10±0.5的L‑半胱氨酸水溶液和溶菌酶/可食用生物胶络合物水溶液混合，室温反应得到类淀粉样溶菌酶保鲜液。本发明提供的类淀粉样溶菌酶保鲜液只需浸泡即可在水果表面自组装形成保鲜涂层，操作简单便捷，成本低，粘附性强、可抑制细菌繁殖、无毒，具有延长鲜切水果保质期的效果，适合规模化生产和市场推广。
Description
技术领域
本发明属于水果保鲜技术领域，具体涉及一种用于鲜切水果保鲜的类淀粉样溶菌酶保鲜液。
背景技术
随着人类生活节奏越来越快，鲜切水果行业迅速兴起，可满足人们追求天然、营养、快节奏的生活方式等方面的需求。与此同时，有关鲜切水果保质期过短的问题不断暴露。现阶段鲜切水果的保鲜主要依靠保鲜膜和低温冷藏的方法。然而保鲜膜的大量使用会造成严重的环境污染，低温冷藏能耗高、设备成本高。从这一市场需求出发，开发绿色环保、低成本的水果保鲜剂显得尤为重要。保鲜剂可通过浸泡或喷涂的方式在鲜切水果表面形成一层保护涂层延长水果的保质期。但常用的化学保鲜剂大量食用后会对人体造成伤害。
溶菌酶是一种广泛分布于生物体内的蛋白质，在母乳、牛初乳和蛋清液中含量最为丰富，其中蛋清液是获取天然溶菌酶的最好来源。陕西师范大学杨鹏等人发现在溶菌酶水溶液中加入一定量二硫键还原剂，溶菌酶就可以在接近生理条件的水相温和环境中快速发生相转变进行类淀粉样组装，在各种材料(无机、有机、金属、聚合物等)表界面牢牢粘附，形成牢固、均匀、致密的功能性纳米涂层(Adv.Mater.2016,28,7414-7423)。溶菌酶本身的蛋白质属性决定了该涂层的生物相容性和降解性，涂层表面所带有的正电荷和大量疏水微区，可与微生物膜表面相互作用破坏细胞壁，达到高效的接触式杀菌效果(ACSAppl.Mater.Interfaces 2017,9,198-210)。因此，基于溶菌酶类淀粉样组装纳米薄膜的仿生粘附不仅具有绿色环保、高效便捷、灵活可控等特点，还具有无色透明、高效稳定、天然无毒、可生物降解等优势，在鲜切水果保鲜涂层方面展示出巨大的潜力。
半胱氨酸是一种生物体内常见的氨基酸，也是组成蛋白质的20多种氨基酸中惟一具有还原性基团—巯基的氨基酸。研究表明，L-半胱氨酸可以还原打断溶菌酶分子中的二硫键，使溶菌酶发生类淀粉样聚集，在固-液和气-液界面形成纳米薄膜(Angew.Chem.Int.Ed.2020,132,2872-2881)。在食品方面，L-半胱氨酸用作面包发酵助剂(催熟剂)、奶粉及果汁用抗氧化剂的稳定剂及宠畜食物的营养剂等。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于鲜切水果保鲜的类淀粉样溶菌酶保鲜液及其制备方法，所述保鲜液可在水果表面形成涂层，该涂层粘附性强、可抑制细菌繁殖、无毒，能够延长鲜切水果保质期，且使用便捷。
为了实现上述目的，本发明采用的类淀粉样溶菌酶保鲜液包括溶菌酶、可食用生物胶和L-半胱氨酸，且溶菌酶与可食用生物胶、L-半胱氨酸的质量比为1:0.1:0.5～1:1:1，其由下述方法制备而成：
(1)将溶菌酶水溶液与可食用生物胶水溶液混合，室温下反应得到溶菌酶/可食用生物胶络合物水溶液；
(2)将与步骤(1)中溶菌酶水溶液相同体积的L-半胱氨酸水溶液和步骤(1)中得到的溶菌酶/可食用生物胶络合物水溶液混合，室温下反应得到保鲜液。
上述可食用生物胶为阿拉伯胶、魔芋胶、果胶、明胶、黄原胶、琼脂、卡拉胶中任意一种或多种。
上述步骤(1)和(2)中，所述溶菌酶水溶液、可食用生物胶水溶液和L-半胱氨酸水溶液的浓度相同，均为5～15mg/mL。
上述步骤(2)中，用5mol/L氢氧化钠水溶液调节L-半胱氨酸水溶液pH为10±0.5。
上述步骤(1)中，优选室温反应的时间为10～20min。
上述步骤(2)中，优选室温反应的时间为20～40min。
本发明类淀粉样溶菌酶保鲜液在鲜切水果保鲜中的应用，具体方法为：将鲜切水果在类淀粉样溶菌酶保鲜液中浸泡20～30min，通过类淀粉样聚集黏附在鲜切水果表面形成保鲜涂层，捞出，沥干。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的类淀粉样溶菌酶保鲜液，在二硫键还原剂L-半胱氨酸作用下，溶菌酶/可食用生物胶络合物发生类淀粉聚集在固-液界面自组装形成纳米薄膜涂层；该涂层具有较强的粘附稳定性，可高效抗菌。
2、本发明提供类淀粉样溶菌酶保鲜液在水果表面形成的涂层可通过减缓呼吸作用，降低其呼吸代谢作用，延缓鲜切水果腐败变质，从而实现对鲜切水果的保鲜。
3、本发明提供的类淀粉样溶菌酶保鲜液在水果表面形成的涂层，无细胞毒性，小鼠投喂实验证明了其食用安全性。
4、本发明提供的类淀粉样溶菌酶保鲜液制备工艺简单温和，成本低，适合规模化生产和市场推广。
附图说明
图1是不同保鲜液处理鲜切苹果的实物照片对比。
图2是不同保鲜液处理鲜切苹果的失重率对比图。
图3是不同保鲜液处理鲜切苹果的硬度变化率对比图。
图4是不同保鲜液处理鲜切苹果的可溶性固形物含量对比图。
图5是不同保鲜液处理鲜切苹果的表面菌群总数量对比图。
图6是小鼠胚胎成纤维细胞NIH 3T3在不同浓度保鲜液中培养72小时后的细胞存活率。
图7是分别投喂浸泡过实施例1保鲜液的鲜切苹果和未进行任何处理的鲜切苹果的小鼠体重变化图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明做详细的说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
本发明提供的类淀粉样溶菌酶保鲜液，包括溶菌酶、可食用生物胶和L-半胱氨酸。首先，溶菌酶与可食用生物胶发生络合反应形成溶菌酶/可食用生物胶络合物。溶菌酶/可食用生物胶络合物在L-半胱氨酸的作用下，溶菌酶分子中的二硫键被打断，溶菌酶分子链解折叠，络合物在疏水作用力驱动下在水果表面自组装形成类淀粉样溶菌酶涂层。该涂层具有较强的粘附稳定性、可高效抗菌，且该涂层的界面自组装方式方便鲜切水果的浸泡涂膜处理，因此可将其应用于鲜切水果的保鲜。
进一步的，本发明提供的类淀粉样溶菌酶保鲜液，在使用时，将鲜切水果在提供的类淀粉样溶菌酶保鲜液中浸泡20～30min，通过类淀粉样聚集黏附在鲜切水果表面形成保鲜涂层。
本发明提供的类淀粉样溶菌酶保鲜液在水果表面形成的保鲜涂层，无色透明不影响水果外观，可以有效降低鲜切水果的氧化褐变，维持水果硬度和可溶性固形物含量，抑制真菌繁殖，从而来延长保质期。同时，该保鲜涂层无细胞毒性、可食用。
下面通过附图和具体的实施例以及类淀粉样溶菌酶保鲜液对鲜切水果保鲜的试验对本发明进行详细的阐述。
实施例1
分别配制浓度为10mg/mL的溶菌酶水溶液、果胶水溶液和L-半胱氨酸水溶液，用5mol/L的氢氧化钠水溶液将10mg/mL的L-半胱氨酸水溶液的pH调至10。将50mL 10mg/mL的溶菌酶水溶液和50mL 10mg/mL果胶水溶液混合均匀，室温反应10min后向其中加入50mL10mg/mL pH＝10的L-半胱氨酸水溶液，混合均匀，室温下反应30min，得到类淀粉样溶菌酶保鲜液。
实施例2
分别配制浓度为10mg/mL的溶菌酶水溶液、阿拉伯胶水溶液和L-半胱氨酸水溶液，用5mol/L的氢氧化钠水溶液将L-半胱氨酸水溶液的pH调至10。将50mL 10mg/mL溶菌酶水溶液和50mL 10mg/mL阿拉伯胶水溶液混合均匀，室温反应10min后向其中加入50mL 10mg/mLpH＝10的L-半胱氨酸水溶液，混合均匀，室温下反应30min，得到类淀粉样溶菌酶保鲜液。
实施例3
分别配制浓度为10mg/mL的溶菌酶水溶液、卡拉胶水溶液和L-半胱氨酸水溶液，用5mol/L的氢氧化钠水溶液将L-半胱氨酸水溶液的pH调至10。将50mL 10mg/mL溶菌酶水溶液和50mL 10mg/mL卡拉胶水溶液混合均匀，室温反应10min后向其中加入50mL 10mg/mL pH＝10的L-半胱氨酸水溶液，混合均匀，室温下反应30min，得到类淀粉样溶菌酶保鲜液。
实施例4
分别配制浓度为10mg/mL的溶菌酶水溶液、阿拉伯胶水溶液、果胶水溶液和L-半胱氨酸水溶液，用5mol/L的氢氧化钠水溶液将L-半胱氨酸水溶液的pH调至10。将50mL 10mg/mL溶菌酶水溶液、25mL 10mg/mL阿拉伯胶水溶液和25mL 10mg/mL果胶水溶液混合均匀，室温反应10min后向其中加入50mL 10mg/mL pH＝10的L-半胱氨酸水溶液，混合均匀，室温下反应30min，得到类淀粉样溶菌酶保鲜液。
实施例5
分别配制浓度为5mg/mL的溶菌酶水溶液、果胶水溶液和L-半胱氨酸水溶液，用5mol/L的氢氧化钠水溶液将5mg/mL的L-半胱氨酸水溶液的pH调至10。将50mL 5mg/mL的溶菌酶水溶液和50mL 5mg/mL果胶水溶液混合均匀，室温反应10min后向其中加入50mL 5mg/mL pH＝10的L-半胱氨酸水溶液，混合均匀，室温下反应30min，得到类淀粉样溶菌酶保鲜液。
实施例6
分别配制浓度为15mg/mL的溶菌酶水溶液、果胶水溶液和L-半胱氨酸水溶液，用5mol/L的氢氧化钠水溶液将15mg/mL的L-半胱氨酸水溶液的pH调至10。将50mL 15mg/mL的溶菌酶水溶液和50mL 15mg/mL果胶水溶液混合均匀，室温反应10min后向其中加入50mL15mg/mL pH＝10的L-半胱氨酸水溶液，混合均匀，室温下反应30min，得到类淀粉样溶菌酶保鲜液。
对上述实施例1制备的类淀粉样溶菌酶保鲜液进行鲜切水果保鲜性能试验。试验采用鲜切苹果保鲜作为试验对象，分别采用涂膜保鲜和非涂膜保鲜处理，在相同保存时间内对苹果外观变化、失重率、硬度、基本营养物质、抑菌、细胞毒性、小鼠投喂等进行考察，具体试验过程和试验结果如下：
试验过程：从超市购买的新鲜苹果，用清水洗净后，削去外皮，切成边长约为2cm的块，将处理好的鲜切苹果块随机分为3组，处理如下：(1)对照组1(Control1)：将鲜切苹果块浸泡于150mL超纯水中，30min后捞出，沥干；(2)对照组2(Control 2)：将鲜切苹果块浸泡于150mL 10mg/mL溶菌酶水溶液中，30min后捞出，沥干；(3)对照组3(Control 3)：将鲜切苹果块浸泡于150mL 10mg/mL L-半胱氨酸水溶液中，30min后捞出，沥干；(4)对照组4(Control4)：将鲜切苹果块浸泡于150mL 10mg/mL果胶水溶液中，30min后捞出，沥干；(5)对照组5(Control5)：将75mL 10mg/mL溶菌酶水溶液与75mL 10mg/mL L-半胱氨酸水溶液混合，反应30min后，得到保鲜液，然后将鲜切苹果块浸泡在保鲜液中，30min后捞出，沥干；(6)对照组6(Control 6)：将50mL 10mg/mL溶菌酶水溶液与50mL 10mg/mL L-半胱氨酸水溶液混合，反应10min后，加入50mL 10mg/mL果胶水溶液，反应20min，得到保鲜液，然后将鲜切苹果块浸泡在保鲜液中，30min后捞出，沥干；(7)试验组(Sample)：将鲜切苹果块浸在实施例1所述保鲜液中，30min后捞出，沥干。最后，将上述处理的鲜切苹果分装于PE微孔保鲜袋，封口后置于塑料箱中，在温度25±2℃、相对湿度约60％的条件下放置。贮藏期每天取一次样，测定样品的各项指标。对比结果如图1～7所示。
鲜切苹果在储存期间表面逐渐发生氧化褐变。从图1所示不同对照组和试验组鲜切苹果照片中可以看出，试验组的苹果腐烂速度明显慢于对照组，其中对照组1中的苹果腐烂最快最严重。说明只有将溶菌酶和果胶先混合反应形成络合物，然后再加入L-半胱氨酸反应得到的保鲜液对鲜切苹果具有最好的保鲜效果。后面的保鲜性能测试选择对照组1、对照组6和试验组做对比。
失重率是水果在腐烂后质量减少程度的一个指标，失重原因主要有两个，一个是水气的蒸腾作用，另一个就是干物质的消耗。如图2所示，随着储藏天数的增加，失重率都会越来越大，试验组基本呈现匀速增加趋势，而对照组6在第五天突增。说明制备方法对保鲜液的性能有很大影响，通过本发明方法制备的类淀粉样溶菌酶保鲜液处理后，鲜切苹果失水率大幅度下降，储存期延长，保鲜效果好。
果肉硬度是衡量水果品质的重要指标。如图3所示，试验组和对照组6中鲜切苹果的硬度随时间缓慢变小，但对照组6始终高于试验组，对照组1中的鲜切苹果在第三天硬度变化率就超过90％(即变得很软)。这就说明使用本发明制备方法获得的类淀粉样溶菌酶保鲜液浸泡可以更有效的减缓鲜切苹果腐烂变软速度。
苹果的可溶性固形物含量代表苹果的甜度，如图4所示，将试验组和对照组的苹果研磨后过滤，用苹果汁来测试其总糖度，试验组的总糖度和对照组相比略有下降，但下降范围很小，不会影响苹果的口感。
鲜切苹果由于果肉基本都裸露在空气中，所以受到细菌侵染的几率很大。根据国标(GB 4789.2 2016)每两天检测一次鲜切苹果中的微生物菌落总数。如图5所示，与对照组1超纯水浸泡和对照组6溶菌酶先在鲜切苹果表面类淀粉样聚集成膜再吸附果胶相比，试验组由溶菌酶/果胶络合物在鲜切苹果表面的类淀粉样聚集形成的涂层具有更好的抑菌效果。这就说明使用本发明方法制备的类淀粉样溶菌酶保鲜液可以更有效抑制细菌繁殖，延长贮藏期。
保鲜液的生物相容性对其在鲜切水果上的应用至关重要。分别配制浓度为0.1、1、2、4、8、10mg/mL的溶菌酶水溶液、果胶水溶液和L-半胱氨酸水溶液，并用5mol/L的氢氧化钠水溶液将L-半胱氨酸水溶液的pH调至10。将相同浓度的50mL溶菌酶水溶液和50mL果胶水溶液混合均匀，室温反应10min后向其中加入50mL相同浓度的L-半胱氨酸水溶液，混合均匀，室温下反应30min，最终得到不同浓度的类淀粉样溶菌酶保鲜液。选用小鼠胚胎成纤维细胞NIH 3T3，在不同浓度保鲜液中培养72小时后，通过cck8法考察了不同浓度保鲜液对细胞存活率的影响。如图6所示，随着浓度的增大，细胞存活率没有太大变化，说明本发明制备的类淀粉样溶菌酶保鲜液无明显细胞毒性。
进一步将成年小鼠分成两组，分别投喂浸泡过实施例1保鲜液的鲜切苹果和未进行任何处理的鲜切苹果。由图7可以看出，两组老鼠体重上下浮动没有太大的变化，说明本发明制备的类淀粉样溶菌酶保鲜液可食用。
Claims (8)
1.一种用于鲜切水果保鲜的类淀粉样溶菌酶保鲜液，其特征在于，所述保鲜液包含溶菌酶、可食用生物胶、L-半胱氨酸，且溶菌酶与可食用生物胶、L-半胱氨酸的质量比为1:0.1:0.5～1:1:1，其由下述方法制备而成：
(1)将溶菌酶水溶液与可食用生物胶水溶液等体积混合，室温反应得到溶菌酶/可食用生物胶络合物水溶液；
(2)将与步骤(1)中溶菌酶水溶液相同体积的pH为10±0.5的L-半胱氨酸水溶液和步骤(1)得到的溶菌酶/可食用生物胶络合物水溶液混合，室温反应得到类淀粉样溶菌酶保鲜液。
2.根据权利要求1所述的类淀粉样溶菌酶保鲜液，其特征在于，所述可食用生物胶为阿拉伯胶、魔芋胶、果胶、明胶、黄原胶、琼脂、卡拉胶中任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的类淀粉样溶菌酶保鲜液的制备方法，其特征在于，所述溶菌酶水溶液、可食用生物胶水溶液和L-半胱氨酸水溶液的浓度相同，均为5～15mg/mL。
4.根据权利要求1所述的类淀粉样溶菌酶保鲜液的制备方法，其特征在于，所述L-半胱氨酸水溶液用5mol/L氢氧化钠水溶液调节pH为10±0.5。
5.根据权利要求1所述的类淀粉样溶菌酶保鲜液，其特征在于，步骤(1)中，所述室温反应的时间为10～20分钟。
6.根据权利要求1所述的类淀粉样溶菌酶保鲜液，其特征在于，步骤(2)中，所述室温反应的时间为20～40分钟。
7.一种如权利要求1所述的类淀粉样溶菌酶保鲜液在鲜切水果保鲜中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，在应用时，将鲜切水果在类淀粉样溶菌酶保鲜液中浸泡20～30min，通过类淀粉样聚集黏附在鲜切水果表面形成保鲜涂层，捞出，沥干。
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