肠衣表面细菌吸附机制解析及低粗糙度胶原蛋白膜的开发

作     者：刘秋波 

作者单位：天津科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王稳航

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] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 083203[工学-农产品加工及贮藏工程] 

主      题：细菌吸附 胶原蛋白 表面性能 香肠肠衣 肠膜明串珠菌 

摘      要：细菌附着在肠衣表面,进而形成生物膜,是导致香肠腐败变质的主要原因之一。然而,肠衣表面的细菌吸附机制仍不清楚。本文以不同种类肠衣为实验原料,以肠系膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）为模型菌,研究肠衣表面物理化学特性对细菌初始吸附的影响,进而通过物理改性制备了不同表面粗糙度的胶原蛋白膜,并对其抗菌性和其他膜性能进行综合评价,以此开发低粗糙度胶原蛋白膜,旨在为进一步理解肠衣的细菌吸附机理以及提高香肠表面抑菌性能提供理论参考与技术支持。 首先,系统研究了***在5种香肠肠衣（动物肠衣、胶原肠衣、纤维素肠衣、纤维肠衣和尼龙肠衣）上的吸附情况。结果发现,培养4小时后,肠衣上吸附的***数量依次为:动物肠衣胶原肠衣纤维肠衣纤维素肠衣尼龙肠衣,造成这种差异的原因是肠衣表面的物理化学性质有所不同。因此,进一步对肠衣表面的电位、疏水性和粗糙度等理化指标进行了表征。结果表明,与表面疏水性和电位相比,肠衣表面粗糙度是影响***粘附的关键因素。 为了进一步探究表面粗糙度对于细菌吸附的影响,后续实验以牛皮来源的胶原蛋白为原料,经高压均质处理制备了不同尺寸的胶原纤维,并以此开发了不同表面粗糙度（约为0.95～2.52μm）的胶原蛋白膜,探讨表面粗糙度与抑菌性之间的关联性。水接触角和电位测定结果表明各种胶原蛋白膜的疏水性和带电性不存在显著性差异,表明疏水相互作用与静电相互作用不会对细菌吸附结果产生显著影响。扫描电镜和原子力显微镜观察表明,经过高压均质处理后,胶原蛋白膜具有更光滑和均匀的表面。通过扫描电镜和荧光显微镜观察膜表面***的吸附情况,制备的胶原蛋白膜抗***吸附效果非常明显,并且粗糙度最小（0.95μm）的胶原蛋白膜上吸附的***数量最少（4.72 log CFU/cm）,抗***吸附效果最好。以上结果表明,通过高压均质处理的胶原纤维再以此开发低粗糙度的胶原蛋白膜可以显著提高其抗菌性能。 最后,分析了抗菌性能最好的低粗糙度胶原蛋白膜的各项性能,并与市售胶原蛋白肠衣进行对比。结果表明,与市售胶原蛋白肠衣相比,自制的胶原蛋白膜的厚度降低了80%～84%、溶解性降低了24%～36%、水蒸气透过性降低了75%～80%、机械性能提升了1～3倍,但二者的含水量差异不大,且在热收缩性和膨胀性方面不如市售胶原蛋白肠衣。这表明低粗糙度胶原蛋白膜的性能尽管存在一些不足,但总体优于目前市售的胶原蛋白肠衣,这有助于拓展低粗糙度胶原蛋白膜在肠衣及其他食品包装领域的进一步应用。 综上,肠衣表面粗糙度是影响肠衣表面细菌吸附数量的关键因素。同时,制备的低粗糙度胶原蛋白膜具有良好的抗细菌吸附能力和应用性能。本实验通过研究5种肠衣表面细菌吸附机制,并以此为基础,开发了低粗糙度胶原蛋白膜,取得了较好的结果,这将为减少肠衣表面细菌吸附和拓展胶原蛋白膜的应用提供理论支持和技术指导。