乳清蛋白-硫酸葡聚糖包埋姜黄素纳米乳液介导的光动力杀菌技术研究

作     者：王雅倩 

作者单位：华中农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐玉娟;安可婧

授予年度：2023年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083203[工学-农产品加工及贮藏工程] 

主      题：姜黄属植物 姜黄素 光动力杀菌技术 纳米乳液 鲜切芒果 保鲜 

摘      要：光动力杀菌技术(Photodynamic technology,PDT)具有安全无毒害,保持食品原有的风味、色泽和新鲜度及低耐药性等众多优势,被广泛应用于果蔬保鲜中。姜黄素具有抗菌、抗氧化等生物活性,同时也是一种天然光敏剂,可用于PDT技术并且来源可靠、毒副作用低、光敏效果强。但由于其稳定性差、水溶性低,阻碍了它在食品领域的开发与应用。用纳米乳液对姜黄素进行包埋,能提高其稳定性和水溶性,进而提高其生物利用度。本研究首先从不同品种的姜黄属植物中选取杀菌效果最佳的姜黄品种来提取姜黄素;其次以乳清蛋白—硫酸葡聚糖缀合物(Wpi-Ds)为乳化剂,构建了姜黄素纳米乳液;最后将姜黄素纳米乳液介导的PDT应用于鲜切芒果的保鲜及对大肠杆菌、单增李斯特氏菌的灭活中。主要结果如下:1、不同品种姜黄属植物中特征性化合物杀菌特性研究:通过超声辅助提取法从8个不同品种的姜黄中提取姜黄素,探究了不同品种姜黄中姜黄素类化合物含量,进一步测定了总酚、总黄酮含量及抗氧化活性。结果显示郁金中的姜黄素、脱甲氧基姜黄素和双脱甲氧基姜黄素含量均最高,分别为531.80±36.64μg/g、281.39±13.36μg/g、162.63±21.17μg/g,其总酚、总黄酮含量和抗氧化能力仅次姜黄和温郁金。通过GC-MS、电子鼻探究了不同品种姜黄属植物的风味品质。结果表明萜烯类化合物为主要的挥发性成分,其中温郁金和郁金中的萜烯类化合物相对含量较高。此外,对比探究了不同品种姜黄属植物和姜黄素标准品对大肠杆菌及单增李斯特氏菌的杀菌效果。结果发现郁金对单增李斯特氏菌和大肠杆菌杀菌率均最高,分别为82.21±1.60%、85.12±1.36%。相关性分析结果表明姜黄素类化合物、萜烯类化合物含量与杀菌率呈极显著相关,因此选取了郁金用于后续的包埋和光动力实验。2、姜黄素纳米乳液的制备及性质研究:制备了Wpi-Ds复合凝聚体系,并考察了Wpi-Ds缀合物的相互作用力,结果发现Wpi与Ds之间通过静电相互作用形成的Wpi-Ds缀合物,并且反应后对Wpi的二、三级结构均产生影响。然后构建了Wpi-Ds姜黄素纳米乳液体系,并通过透射电镜考察了纳米乳液的形态。发现乳液体系均一稳定。以粒径、PDI、Zeta电位、包埋率、浊度、K值为指标,考察了4℃贮藏时姜黄素纳米乳液的稳定性,结果表明SOR为7:3的纳米乳液粒径、PDI值最小,电位绝对值最高;浊度最小;K值最大;包埋率最高;且贮藏期间变化幅度较小,说明该乳液稳定性最高,故将其用于后续杀菌保鲜的实验。3、姜黄素纳米乳液光动力杀菌对鲜切芒果的保鲜及杀菌机理探讨:将姜黄素纳米乳液介导PDT技术应用于鲜切芒果保鲜中,4℃贮藏5天评估PDT处理对鲜切芒果的杀菌钝酶效果及品质影响。并探究了不同浓度的姜黄素纳米乳液对单增李斯特氏菌和大肠杆菌的杀菌效果及杀菌机理。结果表明:贮藏到第5天,PDT处理可以较好的维持鲜切芒果的色泽,失重率仅为1.69±0.01%;可滴定酸、可溶性固形物以及总酚含量比对照组分别高出0.08%、1.89%、0.06 mg/g,相对电导率比对照组低9.21%;DPPH、超氧阴离子自由基清除率分别高出对照组37.80%、13.36%。菌落总数、霉菌酵母菌总数分别比对照组低3.13×10CFU/g、1.64×10CFU/g,PPO酶活抑制率为44.4%。对大肠杆菌和单增李斯特氏菌的杀菌率随姜黄素纳米乳液浓度增加而增加,浓度为25μmol/L时,杀菌率分别为98.83±0.08%、98.94±0.04%,并且均达到了稳定水平。经PDT处理后,细菌的细胞壁遭到破坏、细胞膜的通透性被改变,细菌的DNA损伤和蛋白质降解,导致细菌死亡。