《负载蓝莓花青素的壳聚糖基智能指示膜监测花蛤新鲜度的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《负载蓝莓花青素的壳聚糖基智能指示膜监测花蛤新鲜度的研究（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 负载蓝莓花青素的壳聚糖基智能指示膜监测花蛤新鲜度的研究 王欣，李停停，冯龙斐，张腾（上海理工大学 健康科学与工程学院，上海 200093）食品新鲜度指示型包装可以直观反映食品的品质及安全信息，是当前研究热点之一1。食品包装环境的pH 值与食品新鲜度密切相关2。花青素是一种来源广泛的水溶性可食用天然色素，随pH 值变化呈现明显的颜色变化，是一种理想的pH 敏感指示剂3。例如，蓝莓花青素已被用于监测牛肉4、牛奶5的新鲜度。菲律宾蛤仔（Ruditapes.philippinarum），俗称花蛤，是世界上主要的经济贝类之一。鲜活菲律宾蛤仔水分含量较高，易受体内微生物生长繁殖的影响而使新鲜度降低，导致
2、样品中蛋白质的分解和挥发性盐基总氮（TVBN）含量的增加6，因此，亟须对其新鲜度进行实时监测。膜的基材对食品新鲜度指示型包装的构建也很重要。其中，来源广泛、生物相容性好、成膜能力高的壳聚糖是理想选择之一7。当然，为了改善单纯壳聚糖基薄膜力学性能较差的问题，研究者也尝试将壳聚糖和明胶共混以提高膜的物理性能8，或者通过添加多酚类、精油、多肽等天然生物活性化合物改善薄膜的物理及功能特性9。本文以壳聚糖为基质，通过复合明胶、乳酸链球菌素（Nisin）、迷迭香精油和蓝莓花青素制备了5 种pH 敏感的壳聚糖基复合薄膜。在分析蓝莓花青素及复合薄膜的pH 敏感和颜色响应性的基础上，对膜材的微观结构、物理特性和
3、功能特性等进行研究，并将较优的指示膜应用于花蛤冷藏过程中新鲜度的监测。1 实验1.1 材料与仪器主要材料：壳聚糖（CS，脱乙酰度95%），上海麦克林股份有限公司；明胶（G），上海维塔有限公司；乳酸链球菌素（N），浙江新银象生物工程有限公司；迷迭香油（R），上海鼎芬化学科技有限公司；甘油，国药集团化学试剂有限公司；吐温80、蓝莓花青素（ATH）、甲基红、溴甲酚绿，上海麦克林股份有限公司；花蛤，上海壹佰米有限公司。主要仪器：852 型恒温磁力搅拌器，金坛市科析仪器有限公司；恒温恒湿培养箱，上海跃进医疗器械有限公司；C400 型色差仪，日本Chroma Meter公司；UV9100 D 紫外可见分光
4、光度计，北京莱伯泰科仪器股份有限公司；Synergy H4 多功能酶标仪，美国BioTek Instruments Inc.；TA.XT.Plus 型质构仪，英国Stable Micro System 公司；GeminiSEM 300 扫描电子显微镜，德国Carl Zeiss 公司；自动凯氏定氮仪，上海勇规分析仪器有限公司。1.2 方法1.2.1 pH 敏感薄膜的制备将一定质量的壳聚糖溶解在体积分数为1%的乙酸溶液中，得到质量分数为2%的CS 溶液。将一定质量的明胶在去离子水中浸泡10 min，然后50 水浴搅拌30 min，得到质量分数为2%的明胶溶液（G）。将CS 溶液与G 溶液以2 1
5、的体积比混合得壳聚糖明胶（CSG）溶液。分别在100 mL 的CS 和CSG 溶液中加入0.8 g 的Nisin，搅拌均匀得到CSN 和CSGN溶液。将迷迭香精油与吐温80 以1 5 的质量比进行混合得乳化的精油，在100 mL 的CSN 和CSGN溶液中分别加入0.5 g 乳化的迷迭香精油，得到CSNR和CSGNR 溶液，每种溶液中都含有一定量的甘油（体积分数为5%）。最后向CS、CSN、CSNR、CSGN 和CSGNR 溶液（100 mL）中加入0.06 g 的蓝莓花青素，搅拌均匀后于室温下静置脱气。取10 g 成膜溶液倒入直径为9 cm 的培养皿中，在温度为40 、相对湿度为 30%的条
6、件下干燥 24 h，薄膜分别命名为CSATH、CSNATH、CSNRATH、CSGNATH 和CSGNRATH。取样分析前，所有薄膜在温度为25 、相对湿度为50%下平衡48 h。1.2.2 蓝莓花青素溶液的紫外光谱扫描在Liu 等10的方法基础上作适量修改。取50 L蓝莓花青素溶液（1 g/L）至5 mL 的pH 缓冲液中，混匀后使用紫外分光光度计扫描获得蓝莓花青素在不同pH 值（312）的缓冲溶液下的吸收光谱（波长范围为300800 nm）。其中，缓冲液由0.2 mol/L的Na2HPO4、0.2 mol/L 的柠檬酸和0.2 mol/L 的NaOH溶液混合制备而成。1.2.3 智能指示膜
7、在不同pH 值缓冲溶液中的颜色响应将5 种薄膜剪切成方形（2 cm2 cm），在pH 值为312 的缓冲溶液中浸泡10 min 后取出，去除薄膜表面多余的缓冲溶液，在固定光源下拍照记录薄膜的颜色变化。1.2.4 膜的表征1.2.4.1 厚度使用数显千分尺测定样品的厚度，在薄膜上随机取10 个点进行测量，最后计算平均值。1.2.4.2 透过率和不透明度将薄膜裁剪成1 cm4 cm的长方形，在300800 nm扫描范围内测量薄膜（20 mm40 mm）的透过率（T）。薄膜的不透明度（O）根据式（1）进行计算。式中：A600为薄膜在600 nm 处的吸光度；d为薄膜厚度，mm。1.2.4.3 水分含
8、量和水溶性薄膜的水分含量根据Shen 等11的方法修改后测定。薄膜（20 mm20 mm）于室温下称量后，在105 下干燥24 h 后再次称量。根据式（2）计算样品薄膜的水分含量（M）。将上述干燥脱水后的样品浸泡于蒸馏水（25 mL）中，在25 下振摇24 h 后再次在105 下干燥24 h后称量。根据式（3）计算薄膜的水溶率（S）。式中：m1为干燥前的质量；m2为干燥后的质量；m3为浸泡后的质量。1.2.4.4 力学性能应用质构仪测定薄膜的拉伸强度（TS）和断裂伸长率（EB）。用千分尺测量薄膜厚度后，将长方形薄膜（33 mm22 mm）用夹具固定；输入样品的长度、宽度和厚度后，以3.33 m
9、m/s 的拉伸速度进行测试，每组样品重复6 次。1.2.4.5 扫描电子显微镜观察应用扫描电子显微镜（GeminiSEM 300）分析薄膜的表面和横截面形貌。将薄膜样品在液氮中冷冻破碎后喷金镀膜，然后置于样品台，并在10.0 kV 的加速电压下观察薄膜的表面和横截面形貌。1.2.4.6 抗氧化特性DPPH 自由基的清除能力的测量方法是在Chen等12的方法基础上稍作修改。以壳聚糖添加量为基础，将样品稀释至05 mg/mL。取2.0 mL 样品和2 mL DPPH 无水乙醇溶液（0.4 mmol/L）混合，摇匀后于25 避光孵育30 min，在517 nm 处测量吸光度，根据式（4）计算DPPH
10、 自由基清除率（RDPPH）。式中：A0为2 mL DPPH 自由基（乙醇）溶液与2 mL 无水乙醇反应后的吸光度；A1为2 mL DPPH 自由基（乙醇）溶液与2 mL 样品反应后的吸光度；A2为2 mL 样品与2 mL 无水乙醇反应后的吸光度。ABTS 自由基的清除能力的测量方法在Wu 等13的方法基础上稍作修改。将7.0 mmol/L 的ABTS 溶液与2.45 mmol/L 过硫酸钾溶液混合得到7 mmol/L的ABTS 储备液，使用前在室温下避光反应1216 h。ABTS 储备液用甲醇稀释，使其在734 nm 处的吸光度为（0.7000.020）。测定时将1 mL 样品和4 mL 的
11、ABTS 储备液充分混合，振荡30 s 后避光孵育6 min，于734 nm 处测定吸光度，以上实验均以抗坏血酸（VC）为阳性对照。根据式（5）计算ABTS 自由基清除活性（RABTS）。式中：A3为4 mL ABTS 自由基溶液与1 mL 去离子水反应后的吸光度；A4为4 mL ABTS 自由基溶液与1 mL 样品反应后的吸光度；A5为4 mL 样品与1 mL去离子水反应后的吸光度。1.2.4.7 抗菌特性以纸片扩散法分析薄膜溶液的抗菌性能14。6 mm定性滤纸片于5 mL 棕色玻璃瓶中灭菌干燥后，在无菌条件下分别将5 种薄膜溶液注入棕色瓶中。以无菌水为阴性对照，浸泡1 h（按每个纸片饱和吸
12、水量为500 L 计）。分别取300 L 菌液浓度为108CFU/mL的溶藻弧菌（V.alginolyticus）、副溶血性弧菌（V.parahaemolyticus）、金黄色葡萄球菌（S.aureus）和大肠杆菌（E.coli）等菌液进行平板涂布，静置35 min后，用无菌镊子将制备好的纸片紧贴于琼脂平板表面。在37 下倒置培养12 h，以直尺十字交叉法测量抑菌圈直径，读取整毫米数，无明显抑菌作用的记作滤纸片大小（6 mm）。抑菌作用判定标准：抑菌圈直径20 mm，高度敏感；抑菌圈直径为12,20)mm，中度敏感；抑菌圈直径为7,12)mm，弱敏感；抑菌圈直径1.2.4.8 鲜活花蛤的新鲜度
13、监测选择性能较佳的薄膜应用于鲜活花蛤新鲜度的监测。挑选可对外界刺激作出迅速响应的鲜活花蛤（600.2）g，置于PE 盒中，将指示膜（2 cm2 cm）贴于PE 盒盖的内壁，然后用聚丙烯薄膜密封。在4 下保藏5 d，每天测定样品的TVBN 含量和pH 值。其中，TVBN 含量测定参照GB 5009.2282016 中的自动凯氏定氮仪法，pH 值参照GB 5009.2372016中的方法进行测定15。1.2.5 统计分析利用SPSS 21.0 对数据进行ANOVA 方差分析。采用 Duncan 多重极差检验评价差异的显著性（P2 结果与分析2.1 蓝莓花青素溶液的紫外光谱扫描蓝莓花青素在不同pH
14、值缓冲溶液下的颜色变化和紫外可见光谱如图1 所示。随pH 值由3 增加至6，红色溶液逐渐变浅；pH 值为710 时，溶液颜色变为紫红色，随pH 值的增大逐渐加深；在pH值为1011 时，溶液颜色变浅；而在pH 值为12 时溶液变为深黄绿色。当pH 值5 时，溶液在510 nm处存在特征吸收峰，随着酸度的增加，吸光度逐渐降低。pH 值为7 时，特征吸收峰右移至550 nm 处。pH 值为710 时，特征吸收峰出现在580 nm 处，且吸光度增加。当pH 值为1112 时，580 nm 处的吸光度逐渐降低。这种颜色变化、吸收峰及吸光度的变化与花青素在不同的pH 条件下的结构转变有关。Alizade
15、h-Sani 等16发现，花青素在强酸性条件下主要以呈红色的黄翁阳离子存在，在510 nm（pH 值为3）附近产生特征吸收峰，随着酸性减弱，花青素失去氢质子，主要以无色的甲醇假碱形式存在，吸光度降低，吸收峰红移。pH 值为610 时，阴离子醌碱开始产生，吸收峰进一步红移，吸光度增加。最后，在强碱溶液中（pH 值为1112）花青素被降解，吸光度降低且峰值消失17。图1 蓝莓花青素在不同缓冲溶液中的UVvis 光谱及颜色变化Fig.1 UV-vis spectra and color changes of blueberry anthocyanins in different buffer solutions2.2 复合薄膜对pH 的颜色响应图2 为5 种薄膜在不同pH 缓冲溶液中的颜色变化。从整体来看，薄膜在pH 值为35 时整体偏红色，随酸性的降低红色逐渐变浅；当pH 值为67 时薄膜颜色逐渐变为蓝色/绿色；当pH 值为710 时，随pH 增大蓝绿色薄膜颜色逐渐加深；当pH 值为1112时颜色向黄绿色转变。GSNRATH 膜的颜色变化更为明显，而CSATH 膜的颜色整体偏暗。当pH 值小于7 时，CSGNATH 和CSGNRATH 膜的颜色为浅粉色，区分度较小。图2 不同薄膜在pH 值为312 的缓冲溶液中的颜色变化Fig.2 Color cha
