ε-聚赖氨酸/三聚磷酸钠胶体复合物的形成、抑菌特性及其应用研究

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ε-聚赖氨酸(ε-PL)作为一种新型的天然抑菌剂,因具有高效、稳定、广谱、安全等优点而备受关注。研究表明,ε-聚赖氨酸的高效抑菌特性归因于其侧链上质子化的氨基基团,但在实践应用过程中,由于ε-聚赖氨酸的聚阳离子特性,其易与食品体系中的聚阴离子结合,破坏食品体系的稳定性;另一方面,这种结合还会削弱或消弭ε-聚赖氨酸的抑菌效力。目前,已有研究证实了 ε-聚赖氨酸在一定条件下与某些聚阴离子结合所形成的复合物仍具有抑菌特性,同时也能够在实际应用中稳定存在。而上述研究中所采用的对象多为大分子聚电解质,对于小分子聚阴离子的研究较少。因此,本文以三聚磷酸钠(TPP)作为研究对象,探究了不同质量比的三聚磷酸钠与ε-聚赖氨酸所形成胶体复合物(记作Rn;其中n为TPP/ε-PL的质量比)的相行为及其性质。以R1为例,研究了胶体复合物的理化性质;以R0.5、R1为例,研究趋于电中性的胶体复合物的抑菌特性及其抑菌机制;最后,以R0.5、R1、R4为例,研究了胶体复合物在西式低温蒸煮香肠模型中的应用。主要研究内容如下:(1)采用浊度法、动态光散射法以及微量电泳法研究了不同质量比聚赖氨酸-三聚磷酸钠胶体复合物的相行为。同时研究了 pH、离子强度和浓度等条件对胶体复合物相行为的影响。结果表明:不同质量比的胶体复合物可分为可溶性凝胶和不溶性凝胶两种状态。当质量比在R0.5-R5时,胶体复合物的平均粒径皆大于1.5 μm,属不溶性凝胶。对于R1体系其中的正负电荷相接近,ζ-电位为-2.71 mV,体系易失稳。pH能影响磷酸根离子和聚赖氨酸的质子化程度。当聚赖氨酸浓度为250 mg/L时,R1随pH的变化呈现不同的相行为:澄清(4.5<pH<5.02)、浑浊(5.02<pH<7.79)、澄清(7.79<pH<9.0)并且在pHopt(7.30)时浊度达到最大值(Abs=0.61)。当聚赖氨酸浓度低至100 mg/L时,体系中仍能生成不溶性凝胶,并且聚赖氨酸的浓度越高越容易造成体系的失稳。随着NaCl浓度的增大(0 mM~20 mM),pHopt向较低pH方向偏移,最大浊度值(Abs)从0.610降低至0.207,且不溶性凝胶的形成区变窄。利用傅立叶红外光谱分析R1体系可知,胶体复合物的形成主要是通过磷酸基团与聚赖氨酸氨基间的静电相互作用结合而成的。(2)研究了不同质量比的胶体复合物对大肠杆菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)及单增李斯特菌(Listeria 的最小抑菌浓度(MIC),并初步探究了R0.5、R1两种胶体复合物的杀菌特性及其抑菌机理。结果表明:ε-聚赖氨酸对三种受试菌的MIC分别为16 mg/L、8 mg/L和16 mg/L,而不同质量比胶体复合物的MIC则与聚赖氨酸的MIC基本保持一致。动态杀菌学表明:当ε-聚赖氨酸浓度为20 mg/L时,R1表现出良好的抑菌及杀菌特性,其能在5 min内杀死99%以上的大肠杆菌,30 min内杀死所有的单增李斯特菌。而R0.5的抑菌及杀菌特性则弱于ε-聚赖氨酸,需要≥2 h才能杀死所有的大肠杆菌或李斯特菌。同时,通过微生物表面ζ-电位测定及扫描电镜观察了胶体复合物对大肠杆菌形态的影响。本文认为,细胞膜表面带负电的物质会与胶体复合物发生竞争作用使得聚赖氨酸从胶体复合物中解离出来,并与之结合,破坏细菌细胞膜的完整性,导致菌体死亡。(3)研究了不同质量比的胶体复合物对12℃条件下储藏的西式低温蒸煮香肠品质的影响。当聚赖氨酸浓度为500 mg/Kg时,将R0.5、R1、R4添加至接种104 CFU/g混合菌种(E.coli,S.aureus和L.monocytogenes)的西式低温蒸煮香肠模型中。微生物指标测定表明:R1处理组在储藏前期(2d)菌落总数从4.121ogCFU/g增长至5.421ogCFU/g,增长速率明显慢于其他试验组(p<0.05),但2d后增长速率略微上升。通过统计三种受试菌的亚损伤菌落数可知,R1在储藏前期表现出良好的抑菌效果,造成三种受试菌的亚损伤;储藏后期,亚损伤的细菌自我修复完成,使得菌落数迅速上升。相比于阳性对照组与空白组,R1能减缓体系中pH的持续变化。储藏期间,色差值(L*、a*、b*)显示R1能较好的维持低温香肠的色泽稳定。其TVB-N值的变化趋势与菌落总数的变化趋势相似,R1处理组的TVB-N值上升趋势较为缓慢(p<0.05)。综合考虑微生物指标及理化指标得到,R1显示出有益于延长西式低温蒸煮香肠货架期的能力。
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