含Ti3C2Tx/ZnONPs抗菌薄膜制备及其在辣椒保鲜中的应用

作     者：曾宪翔 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许恒毅;吴鑫

授予年度：2024年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 083203[工学-农产品加工及贮藏工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：ZnONPs Ti3C2Tx 抗菌机制 抗菌薄膜 辣椒保鲜 

摘      要：辣椒是茄科辣椒属的一年生或多年生草本植物,因其具有地域性、时令性和易腐性等缺陷,导致其采摘后不易储存。其中,食源性致病菌和腐败微生物的污染是使其采摘后难以存放的最主要因素。因此在辣椒采摘后储藏以及售卖过程中对食源性致病菌和腐败微生物的污染进行防控是极其重要的。为了预防环境中食源性致病菌和腐败微生物对辣椒的污染,本研究制备了具有较好抗菌活性的Ti3C2Tx/ZnONPs复合材料,并对其抗菌性能及相关抗菌机制进行探究。此外,为了将Ti3C2Tx/ZnONPs应用于辣椒保鲜中,本研究制备了含Ti3C2Tx/ZnONPs的聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol,PVA）薄膜,对其理化性质进行测定,并探究其在余干椒储藏期内保鲜及预防环境食源性致病菌和腐败微生物污染的效果,以期为预防辣椒在储藏期内受到食源性致病菌和腐败微生物的污染提供理论依据和参考。各章节内容如下: 第一章:综述了食源性致病菌与腐败微生物,其中包括食源性致病菌和腐败微生物对食品安全和公共卫生安全造成的威胁。同时还概括了ZnONPs和Ti3C2Tx的抑菌机理,并介绍了ZnONPs和Ti3C2Tx在果蔬保鲜中的应用。最后介绍了PVA薄膜在抗菌包装领域的应用潜力,对近年来的辣椒保鲜技术进行了总结。 第二章:以植物乳杆菌P101的发酵液为还原剂和稳定剂,合成具有抗菌活性的ZnONPs,通过将其负载在Ti3C2Tx表面上以增强抗菌活性,通过测定最小抑菌浓度（Minimal inhibitory concentration,MIC）、抗菌率、菌生物膜形成指数探究了Ti3C2Tx/ZnONPs的抗菌性能,结果表明,合成的复合材料Ti3C2Tx/ZnONPs对大肠杆菌（***）和金黄色葡萄球菌（***）的MIC分别是65μg/m L和50μg/m L,且具有较强的抑制菌生物膜形成的能力。最后探究Ti3C2Tx/ZnONPs对***和***细胞壁和细胞膜的破坏情况,结果表明Ti3C2Tx/ZnONPs能够对***和***的细胞壁和细胞膜造成损伤。通过测定ATP含量以及琥珀酸脱氢酶（Succinate dehydrogenase,SDH）活性评估Ti3C2Tx/ZnONPs对***和***能量代谢的影响,结果发现Ti3C2Tx/ZnONPs在MIC浓度时能够影响***和***的能量代谢。通过对活性氧（Reactive oxide species,ROS）含量的测定来判断Ti3C2Tx/ZnONPs在与***和***共孵育时的ROS生成情况,结果表明随着Ti3C2Tx/ZnONPs浓度的增加,环境中ROS含量也会逐渐升高,进而导致细菌的死亡,以上结果拓展了Ti3C2Tx/ZnONPs在抗菌领域的理论研究。 第三章:以PVA为成膜基材,香草醛（Vanillin,VAN）为交联剂,Ti3C2Tx/ZnONPs为抗菌材料,将三者共混制备了一种具有较好理化性质的Ti3C2Tx/ZnONPs/VAN/PVA抗菌薄膜。后续通过SEM、XPS和FTIR等表征手段证明VAN成功与PVA发生交联,与纯PVA膜相比,VAN的交联提高了PVA/VAN薄膜的疏水性能以及机械性能,并且Ti3C2Tx/ZnONPs在薄膜中分散性良好。通过测定薄膜在可见光600 nm处的吸光度值和照片来评估薄膜的透光性,结果表明Ti3C2Tx/ZnONPs/VAN/PVA抗菌薄膜具有良好的透光性。接下来对薄膜的机械性能进行测定,结果表明Ti3C2Tx/ZnONPs/VAN/PVA抗菌薄膜的机械强度与PVA相比有了明显的提升,其抗压伸强度（Tensile strength,TS）为4.699 MPa,断裂延伸率（Elongation at break,EAB）为149.72%。疏水性测试表明经过VAN的交联提升了PVA薄膜的疏水性,Ti3C2Tx/ZnONPs/VAN/PVA抗菌薄膜的疏水角接近80°,最后通过热重分析实验证明Ti3C2Tx/ZnONPs/VAN/PVA抗菌薄膜具有良好的热降解性。综上所述,本研究成功制备了具有良好的抗菌性能、透光性、机械强度以及热降解性的Ti3C2Tx/ZnONPs/VAN/PVA抗菌薄膜,其能够用于后续的余干椒保鲜实验。 第四章:利用上一章节所制备的Ti3C2Tx/ZnONPs/VAN/PVA薄膜对余干椒进行保鲜实验,通过定期对余干椒进行拍照以记录其外观及状态变化,结果表明在储藏9 d内,Ti3C2Tx/ZnONPs/VAN/PVA薄膜对余干椒的形貌维持较好,与保鲜膜的效果相近,而在第15 d时Ti3C2Tx/ZnONPs/VAN/PVA薄膜组由于失水而导致余干椒表面发生皱缩。通过定期对余干椒质量