食品新鲜度监测的负载花青素的多糖复合膜的制备方法
本发明涉及食品活性包装材料制备，特指一种以普鲁兰多糖(pul)与海藻酸钠(sa)为成膜基质，添加负载花青素的酪蛋白-羧甲基纤维素(cas-cmc-acns)纳米颗粒，制备负载酪蛋白-羧甲基纤维素-花青素纳米颗粒的普鲁兰多糖/海藻酸钠(p/sa/cas-cmc-acns)智能比色复合膜包装材料。
背景技术：
1、微生物会缩短食品货架期、增加食源性疾病风险，然而，以微生物生长特性来研究食品新鲜度监测方法，也是促进该技术发展的创新推动力。目前，食品可追溯性促进整个食品行业建立起相互联系、环环相扣的责任链。因此，开发出简单快速、成本低廉、准确可靠、无创无损的设备来实时监测食品新鲜度极为重要。其中一种方案是开发出基于食品腐败相关化学指标的智能包装材料，这相较于耗钱、耗时的感官或微生物分析是更佳的替代方案。就海鲜而言，在其死亡之后，腐败微生物的数量逐渐增加。在微生物降解过程中会产生三甲胺、二甲胺和氨(nh3)，统称为总挥发性碱性氮(tvb-n)。tvb-n水平可作为海产品变质的潜在指标，然而，确定组织样品中tvb-n水平的标准方法存在提样困难、毁坏样品和耗时费力的缺陷。
2、智能包装是监测包装食品内部状况变化的系统，能够提供包装食品在储存、运输和分销过程中的质量信息，简而言之，智能包装能够感知产品状态。迄今为止，用智能比色膜监测鱼、虾新鲜度的技术仍然有限。ph颜色响应材料已被用于各类智能食品包装材料，可以通过直接观察包装的颜色变化确定食品的新鲜度。花青素(acns)和酚类化合物是从植物中提取的天然活性物质，具有许多生物活性，例如抗氧化、抗菌性。由于其来源广泛、种类丰富，已被广泛用作监测鱼、虾和牛奶新鲜度的天然指标剂。然而，大多数负载acns的智能包装薄膜仅将游离acns加入到成膜基质中，但acns稳定性差，导致其应用受到限制。此外，acns是亲水性色素，当包装材料处于高湿度环境时，acns会从薄膜中浸出。因此，提高acns的稳定性极其重要。
3、纳米和微胶囊包埋技术被广泛用于提高acns的稳定性中，其中纳米颗粒极其适用于提高acns的稳定性。蛋白质和多糖的纳米颗粒通常用于acns的包封，这是由于两者所带的相反电荷可以产生静电相互作用。酪蛋白(cas)是牛奶中含量最多的蛋白质，呈海绵状结构，酪蛋白中的α-酪蛋白和β-酪蛋白均可通过非共价键与acns产生相互作用，以此提高acns在各种环境因素下的稳定性。羧甲基纤维素(cmc)是一种阴离子多糖，可与带正电荷的蛋白质相互作用形成稳定的分散体系，从而提高功能成分的活性和生物利用度。此外，阴离子多糖上的羧基可以与烊盐离子结合，从而有利于acns的包封。因此，在膜基质中加入包封后的acns，不仅可以提高acns的ph颜色指示精度，而且可以改善智能包装膜的各种性能。
4、与单一材料薄膜相比，复合薄膜表现出卓越性能。普鲁兰多糖(pul)是一种高分子量的水溶性多糖，可以提高膜材料的刚度和强度，此外，普鲁兰具有较高的玻璃-橡胶转变温度。海藻酸钠(sa)由于其优秀的柔韧性和透明度，被广泛应用于可食用薄膜生产中。然而，由这两种材料制成的单一成分薄膜表现出机械性、屏障性能不足，限制了它们在食品包装中的实际应用。因此，可以通过添加其他成分来改善薄膜的特性。
5、本发明首先将花青素(acns)包埋在酪蛋白-羧甲基纤维素(cas-cmc)纳米颗粒中，然后将该纳米颗粒添加到普鲁兰多糖/海藻酸钠(p/sa)成膜基质中制备智能比色复合膜，并研究了csa-cmc-acns对p/sa复合膜结构性能和湿度稳定性的影响。同时，研究了p/sa/cas-cmc-acns复合膜的抑菌、抗氧化活性以及其对ph敏感性和颜色响应性能。最后，将该智能薄膜应用于鱼、虾贮藏过程中的新鲜度监测。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明旨在提供一种制备p/sa/cas-cmc-acns智能比色复合膜的方法，研究了csa-cmc-acns对p/sa复合膜结构性能和湿度稳定性的影响。同时，研究了p/sa/cas-cmc-acns复合膜的抑菌、抗氧化活性以及其对ph敏感性和颜色响应性能。最后以新鲜鱼、虾为研究对象，证实了p/sa/csa-cmc-acns智能比色复合膜的实时监测效果。
2、本发明所述的负载cas-cmc-acns纳米颗粒的p/sa/cas-cmc-acns智能比色复合膜的制备方法，按照下述步骤进行：
3、(1)将羧甲基纤维素(cmc)溶解于去离子水中制备cmc溶液；同时将酪蛋白(cas)分散于去离子水中，在25℃条件下轻轻搅拌4h，然后在4℃条件下充分水化，制备cas溶液。
4、(2)将步骤(1)制得的cas溶液与cmc溶液按照一定质量比混合，然后调节ph至4.0并缓慢搅拌1h，即可得酪蛋白-羧甲基纤维素(cas-cmc)纳米颗粒溶液。
5、(3)向步骤(2)的纳米颗粒溶液加入花青素(acns)，制得含一定浓度花青素的混合溶液；调节ph值为4.0，缓慢搅拌1.5h，制得负载花青素的酪蛋白-羧甲基纤维素(cas-cmc-acns)纳米颗粒。
6、(4)将普鲁兰多糖(pul)和海藻酸钠(sa)在室温下搅拌2h至完全溶解，配置成pul和sa混合溶液。
7、(5)将步骤(4)中的混合溶液与步骤(3)的纳米颗粒按一定质量比混合，并加入增塑剂甘油，得到混合成膜溶液。
8、(6)取成膜液采用流延法成膜，经30℃鼓风干燥48h；待膜成形后取出冷却，即可得到负载酪蛋白-羧甲基纤维素-花青素纳米颗粒的普鲁兰多糖/海藻酸钠(p/sa/cas-cmc-acns)智能比色复合膜。
9、所述步骤(2)中添加的cas溶液与cmc溶液按8:1-1:1的质量比混合，优选质量比为4：1。
10、所述步骤(1)中羧甲基纤维素(cmc)溶液的浓度为1％(w/v)。
11、所述步骤(1)中酪蛋白(cas)溶液的浓度为2％(w/v)。
12、所述步骤(3)中acns添加量以占溶液最终浓度为0.01-1.0mg/ml，优选花青素最终浓度为0.3mg/ml。
13、所述步骤(4)中普鲁兰多糖(pul)和海藻酸钠(sa)混合溶液中普鲁兰多糖(pul)和海藻酸钠(sa)的浓度均为2％(w/v)。
14、所述步骤(5)中pul和sa混合成膜溶液与cas-cmc-acns纳米颗粒按10:1-1:10的质量比混合，优选质量比为1：1。
15、所述步骤(5)中的增塑剂甘油的添加量以占混合成膜溶液总质量比计为10-20％，优选增塑剂添加量为15％。
16、本发明的有益效果在于：
17、(1)本发明开发了一种负载花青素的多糖智能比色复合膜，将负载花青素的酪蛋白-羧甲基纤维素纳米颗粒加入到普鲁兰多糖-海藻酸钠复合膜后，纳米颗粒与成膜基质间氢键、静电相互作用增强，复合膜表现出良好的湿度稳定性。
18、(2)本发明将花青素封装在酪蛋白-羧甲基纤维素(cas-cmc)纳米颗粒，提高了acns的ph响应精度，在气态和液态环境下均具有灵敏的颜色响应，具有在智能包装应用中作为ph颜色响应智能比色膜的潜力。
19、(3)本发明制备的p/sa/cas-cmc-acns膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有较强的抑菌效果，而且膜中加入的acns可以显著提高复合膜对自由基清除活性。
20、(4)本发明制备的智能比色复合薄膜成功应用于鱼、虾的新鲜度监测，其颜色变化与tvb-n值变化一致产生，并且变化明显、易于观察，该复合薄膜在鱼、虾新鲜度监测中具有良好的应用前景。
技术特征：
1.用于食品新鲜度监测的负载花青素的多糖智能比色复合膜的制备方法，其特征在于按照下述步骤进行：
2.根据权利要求1所述的用于食品新鲜度监测的负载花青素的多糖智能比色复合膜的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中添加的cas溶液与cmc溶液按8:1-1:1的质量比混合，优选质量比为4：1。
3.根据权利要求1所述的用于食品新鲜度监测的负载花青素的多糖智能比色复合膜的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的acns添加量占溶液最终浓度0.01-1.0mg/ml，优选花青素最终浓度为0.3mg/ml。
4.根据权利要求1所述的用于食品新鲜度监测的负载花青素的多糖智能比色复合膜的制备方法，其特征在于所述步骤(5)中pul和sa混合溶液与cas-cmc-acns纳米颗粒按10:1-1:10的质量比混合，优选质量比为1：1。
5.根据权利要求1所述的用于食品新鲜度监测的负载花青素的多糖智能比色复合膜的制备方法，其特征在于所述步骤(5)中的增塑剂甘油的添加量以占混合成膜溶液总质量比计为10-20％，优选增塑剂添加量为15％。
6.根据权利要求1所述的用于食品新鲜度监测的负载花青素的多糖智能比色复合膜的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中羧甲基纤维素(cmc)溶液的浓度为1％(w/v)；所述步骤(1)中酪蛋白(cas)溶液的浓度为2％(w/v)。
7.根据权利要求1所述的用于食品新鲜度监测的负载花青素的多糖智能比色复合膜的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中acns添加量以占溶液最终浓度为0.01-1.0mg/ml，优选花青素最终浓度为0.3mg/ml。
8.根据权利要求1所述的用于食品新鲜度监测的负载花青素的多糖智能比色复合膜的制备方法，其特征在于所述步骤(4)中普鲁兰多糖(pul)和海藻酸钠(sa)混合溶液中普鲁兰多糖(pul)和海藻酸钠(sa)的浓度均为2％(w/v)。
技术总结
本发明公开了食品新鲜度监测的负载花青素的多糖复合膜的制备方法，属于食品活性包装材料制备技术领域。以普鲁兰多糖海藻酸钠为成膜基质，制备了一种新型智能比色复合膜，即负载酪蛋白‑羧甲基纤维素‑花青素纳米颗粒的普鲁兰多糖/海藻酸钠复合膜，并研究了复合膜结构性能和湿度稳定性的影响。同时，研究了复合膜的抑菌、抗氧化活性以及其对pH敏感性和颜色响应性能。最后以新鲜鱼、虾为研究对象，证实了本发明的智能比色复合膜的实时监测效果。本发明复合膜能够达到食品活性包装的要求，有利于开发绿色环保的食品活性包装材料，在食品包装方面具有潜在的应用前景。
技术研发人员：任晓锋,刘琴,亢利鑫,阿里夫·拉希德,梁秋芳,刘宇轩,何荣海,马海乐
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5