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CN115505174A - 一种用于鲜肉保鲜的抑菌吸水垫及其制备方法 - Google Patents

一种用于鲜肉保鲜的抑菌吸水垫及其制备方法 Download PDF

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CN115505174A CN202211279142.7A CN202211279142A CN115505174A CN 115505174 A CN115505174 A CN 115505174A CN 202211279142 A CN202211279142 A CN 202211279142A CN 115505174 A CN115505174 A CN 115505174A
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李伟
田怀香
陈臣
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杨卓茹
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Abstract

本发明公开了一种用于鲜肉保鲜的抑菌吸水垫及其制备方法，包括以下步骤：将细菌纤维素破碎后制成匀浆，然后利用选择性氧化技术对细菌纤维素进行氧化，制成氧化型纤维素悬浊液，最后对悬浊液进行冷冻干燥制成抑菌吸水垫。本发明制备的纳米纤维吸水垫具有较高的吸水性和广谱抗菌性，其功能性优于目前现有的鲜肉吸水垫，能显著维持鲜肉的新鲜度，包括酸度、菌落总数和挥发性盐基氮等。可用在生鲜肉的包装盒中，不仅能提高鲜肉的感官特性还可以起到延长货架期的作用。

Description

一种用于鲜肉保鲜的抑菌吸水垫及其制备方法
技术领域
本发明涉及鲜肉保鲜技术领域，具体涉及一种用于鲜肉保鲜的抑菌吸水垫及其制备方法。
背景技术
当今，在各大超市和菜市场，精包装的冷鲜肉越来越受到人们的青睐。但是冷鲜肉的组织液会在运输、贮藏和售卖过程中渗出，极易造成环境污染和细菌滋生，直接影响冷鲜肉的感官品质。目前市面上大多采用无纺布和棉布的复合吸水垫来吸收冷鲜肉渗出的组织液，但是这种吸水垫的吸水能力不足且不能抑制微生物的生长与繁殖。
细菌纤维素是指在一定条件下，由醋酸菌属、土壤杆菌属、根瘤菌属和八叠球菌属等中的某种微生物合成的纤维素的统称。与植物纤维素相比较，他们具有相同的分子结构单元，但细菌纤维素具有很多独特的性质，如纳米级三维网状结构，超强的持水性，纯度、结晶度高，弹性模量和抗张强度高，良好的生物相容性和可降解性等，已广泛应用于食品、造纸、医学材料等各个领域。由于细菌纤维素具有纳米级纤维构筑的三维网络结构，其经冻干后具有较好的吸水性和持水性。但由于细菌纤维素的网络孔径较小，易被蛋白类大分子堵住孔隙，其对鲜肉组织液的吸收效果有限。另外，细菌纤维素本身并不具有抑菌功能，也限制了其在鲜肉保鲜领域的应用。
因此，开发一种组织液吸收效果好且具有抑菌效果的吸水垫用于鲜肉保鲜具有非常重要的现实意义。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供了一种用于鲜肉保鲜的基于氧化型细菌纤维素的抑菌吸水垫、其制备方法及其在鲜肉保鲜领域的应用。具体地，
本发明第一方面提供了一种抑菌吸水垫，主要成分包含氧化型细菌纤维素。
在某些实施方式中，所述抑菌吸水垫以氧化型细菌纤维素为主要成分。
在某些实施方式中，所述抑菌吸水垫除氧化型细菌纤维素外，还可以包括其他组分作为主要成分。
在某些实施方式中，所述氧化型细菌纤维素为经TEMPO/NaClO2/NaClO混合氧化体系氧化的细菌纤维素。
本发明第二方面提供了一种抑菌吸水垫的制备方法，包括如下步骤：1)细菌纤维素的获得；2)细菌纤维素的破碎和氧化；3)氧化型细菌纤维素的冻干。
在某些实施方式中，所述步骤1)中细菌纤维素的来源选自醋酸菌属、土壤杆菌属、根瘤菌属或八叠球菌属细菌。
在某些实施方式中，所述步骤1)中所述细菌纤维素是通过以木醋杆菌为菌种，经液体培养基恒温静态或动态培养3-7天后，置于1％-5％(w/v)氢氧化钠溶液中，在70-90℃下处理2-4h后取出，用去离子水漂洗至中性后获得。
在某些实施方式中，所述步骤2)中将细菌纤维素破碎，制成质量浓度为0.1-2％的匀浆，经TEMPO/NaClO2/NaClO混合氧化体系于室温下氧化，进行离心清洗和透析获得氧化型细菌纤维素。
在某些实施方式中，所述TEMPO/NaClO2/NaClO混合氧化体系的氧化步骤如下：将细菌纤维素匀浆与用量为0.1-1.0mmol/g细菌纤维素的TEMPO、用量为10-17mmol/g细菌纤维素的NaClO2和10mL 2-10％的NaClO混合，并在25-50℃磁力搅拌0.1-6小时，最后用磷酸钠缓冲液离心洗涤三次。
在某些实施方式中，所述磁力搅拌进行氧化的时长为0.5-5小时，优选为0.5-3小时，更优选为0.5-2.5小时，更优选为1.5-2.5小时。
在某些实施方式中，所述磁力搅拌进行氧化的时长为0.5小时、1.5小时、2.5小时。
在某些实施方式中，所述步骤3)中氧化型纤维素悬浊液冷冻干燥前先注入一定形状和尺寸的容器中，经-80℃冷冻6-12小时后再置于冷冻干燥机中进行冻干。
本发明第三方面提供了根据本发明第二方面所述的制备方法获得的抑菌吸水垫。
本发明第四方面提供了本发明第一方面、第三方面所述的抑菌吸水垫在鲜肉保鲜中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明所使用的原料细菌纤维素由微生物发酵制备，本身也是一种天然膳食纤维，具有无毒、安全相高、可再生等优点。
(2)本发明采用选择性氧化技术将细菌纤维素制成氧化纤维素，在不引入其他组分的条件下，赋予材料自身优异的抑菌性，并且可通过改变氧化程度对材料的抑菌性进行调控；氧化型细菌纤维素具有较好的体内安全性，并且在自然界可完全降解，是一种环境友好型材料。
(3)本发明依靠材料自身氢键结合作用，通过冻干工艺制备高吸水性的多孔海绵材料，并可基于模具制备成任一尺寸和形状。
(4)本发明制备的抑菌吸水垫属于纳米材料，具有高孔隙率高比表面积的优势，不仅具有高吸水能力还能发挥抑菌的作用，其功能性也优于目前市面上的无纺布吸水垫，能显著维持鲜肉的新鲜度，包括酸度、菌落总数和挥发性盐基氮等。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更显著：
图1显示本发明抑菌吸水垫的制备流程。
图2显示OBC保鲜垫(OBC-1，OBC-2，OBC-3)和OC(氧化型棉纤维抑菌吸水保鲜垫)的宏观形貌。
图3显示了OBC保鲜垫(OBC-1，OBC-2，OBC-3)、OC、BNC(细菌纤维素膜)和CF(商业棉质保鲜垫)吸水性检测结果。
图4显示使用OBC保鲜垫(OBC-1，OBC-2，OBC-3)、Blank(不做任何处理)和Control(采用商业棉质保鲜垫进行处理)进行鲜肉贮藏过程中菌落总数的变化。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
以下结合具体实施例对本发明的一种用于鲜肉保鲜的抑菌吸水垫及其制备方法进行阐述。
实施例1氧化型棉纤维抑菌吸水保鲜垫OC的制备
将棉纤维破碎，并用高速匀浆机在10000rpm的条件下均质20分钟，制成质量浓度为0.1％的匀浆。
将质量浓度为0.1％的棉纤维匀浆与TEMPO(0.1mmol/g细菌纤维素)、NaClO2(17mmol/g细菌纤维素)和10mL(2％)NaClO混合，并在50℃磁力搅拌2.5小时，最后用磷酸钠缓冲液离心洗涤三次并透析，得到氧化纤维素悬浊液。
将氧化型棉纤维悬浊液倒入半径0.8cm的培养皿中，经-80℃冷冻12小时后再置于冷冻干燥机中冻干48小时，得到抑菌吸水保鲜垫，命名为OC。
实施例2细菌纤维素(BNC)的制备
(1)细菌纤维素膜是从木醋杆菌的固定发酵培养物中制备的。以木醋杆菌为菌种，在含有3g/L色氨酸，25g/L葡萄糖和5g/L酵母提取物的液体培养基，30℃恒温静态或动态培养7天，培养基pH值用80％(v/v)的硫酸调整为5.0。
(2)用蒸馏水反复清洗BNC膜，以去除残留的培养基成分。置于1％(w/v)的氢氧化钠溶液中，在80℃下处理4小时来纯化膜，以去除残留的细菌等有机体。
(3)用去离子水彻底清洗BNC膜，直到pH值为中性。清洗后的BNC膜在121℃下蒸压20分钟，并在4℃保存，直到进一步使用。
实施例3氧化型细菌纤维素抑菌吸水保鲜垫OBC-1的制备
(1)将细菌纤维素破碎，并用高速匀浆机在10000rpm的条件下均质20分钟，制成质量浓度为0.1％的匀浆。
(2)将质量浓度为0.1％的细菌纤维素匀浆与TEMPO(0.1mmol/g细菌纤维素)、NaClO2(17mmol/g细菌纤维素)和10mL(2％)NaClO混合，并在50℃磁力搅拌0.5小时，最后用磷酸钠缓冲液离心洗涤三次并透析，得到氧化纤维素悬浊液。
(3)将氧化型纤维素悬浊液倒入半径0.8cm的培养皿中，经-80℃冷冻12小时后再置于冷冻干燥机中冻干48小时，得到抑菌吸水保鲜垫，命名为OBC-1。
实施例4氧化型细菌纤维素抑菌吸水保鲜垫OBC-2的制备
(1)将细菌纤维素破碎，并用高速匀浆机在10000rpm的条件下均质20分钟，制成质量浓度为0.1％的匀浆。
(2)将质量浓度为0.1％的细菌纤维素匀浆与TEMPO(0.1mmol/g细菌纤维素)、NaClO2(17mmol/g细菌纤维素)和10mL(2％)NaClO混合，并在50℃磁力搅拌1.5小时，最后用磷酸钠缓冲液离心洗涤三次并透析，得到氧化纤维素悬浊液。
(3)将氧化型纤维素悬浊液倒入半径0.8cm的培养皿中，经-80℃冷冻12小时后再置于冷冻干燥机中冻干48小时，得到抑菌吸水保鲜垫，命名为OBC-2。
实施例5氧化型细菌纤维素抑菌吸水保鲜垫OBC-3的制备
(1)将细菌纤维素破碎，并用高速匀浆机在10000rpm的条件下均质20分钟，制成质量浓度为0.1％的匀浆。
(2)将质量浓度为0.1％的细菌纤维素匀浆与TEMPO(0.1mmol/g细菌纤维素)、NaClO2(17mmol/g细菌纤维素)和10mL(2％)NaClO混合，并在50℃磁力搅拌2.5小时，最后用磷酸钠缓冲液离心洗涤三次并透析，得到氧化纤维素悬浊液。
(3)将氧化型纤维素悬浊液倒入半径0.8cm的培养皿中，经-80℃冷冻12小时后再置于冷冻干燥机中冻干48小时，得到抑菌吸水保鲜垫,命名为OBC-3。
图1显示了上述实施例3-5的抑菌吸水垫的制备流程。图2显示上述实施例3-5的OBC保鲜垫(OBC-1，OBC-2，OBC-3)和OC的宏观形貌。
OBC-1，OBC-2，OBC-3之间的羧基含量存在显著差异，其羧基含量分别为OBC-1(0.25mmol/g),OBC-2(0.37mmol/g),and OBC-3(0.51mmol/g)。
实施例6 OBC保鲜垫的吸水性、抑菌性检测
(1)吸水性检测
采用茶袋法测定OBC保鲜垫(OBC-1,OBC-2,OBC-3)、OC(氧化型棉纤维抑菌吸水保鲜垫)、BNC(细菌纤维素膜)和CF(商业棉质保鲜垫，直接从商店购买)的吸水率。具体来说，将0.1g OBC吸收垫(OBC-1,OBC-2,OBC-3)、OC、BNC和CF转移到滤袋中，室温下，在过量的蒸馏水中浸泡12小时。接下来，将袋子在空气中放置一段时间以除去未吸收的水分，之后测量不同样品的重量。吸水率按以下公式计算:
Q＝(w2-w1)/w1
式中，Q为试样吸水率，W1和W2分别为干、胀样品的重量。
(2)抑菌性检测
根据ISO20743-2007，采用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌对OBC保鲜垫(OBC-1，OBC-2，OBC-3)、OC(氧化型棉纤维抑菌吸水保鲜垫)、Blank(不做任何处理)和Control(采用商业棉质保鲜垫处理)的抗菌活性进行了评估。每个样品表面(直径:10mm；厚度3.0mm)涂抹200μL细菌培养液(1～3×105cfu/mL)，在37℃培养24h。然后，在小瓶中加入20ml无菌生理盐水，冲洗样品中的细菌。进行一系列浓度梯度稀释后，采用平板法定量活细胞数量。而对照组是被放在商业棉质保鲜垫上的猪肉，空白组则是不放在任何垫上的猪肉，每个样品检测三次。用以下公式确定抑制率(R):
R(％)＝(Ct-Tt)/Ct×100％
其中Ct和Tt分别为对照和检测样品中24h后细菌细胞的平均浓度。
图3显示了OBC保鲜垫(OBC-1，OBC-2，OBC-3)、OC(氧化型棉纤维抑菌吸水保鲜垫)、BNC(细菌纤维素膜)和CF(商业棉质保鲜垫，直接从商店购买)吸水性检测结果。
由图2和图3可以看出，OBC保鲜垫呈多孔泡沫状，并且随着氧化时间的延长，材料的吸水性不断得到提升。其中OBC-3的吸水能力达到430g/g，明显高于细菌纤维素膜，这是因为BNC具有三维纳米网络结构，经过均质冻干后，纤维间的空隙变大，体积增加，相互互穿构筑海绵状，从而导致吸水能力显著提高。而相同处理条件下的棉纤维垫的吸水性远小于OBC保鲜垫，也不会出现多孔海绵状结构，主要是因为棉纤维呈简单细丝状，纤维较粗，经匀浆氧化冻干后各短纤维之间缺少物理支撑点，因此无法形成多孔海绵状，只能形成无规则松散絮状结构，不能快速吸收渗出液体并将其保留在结构内。
图4显示使用OBC保鲜垫(OBC-1，OBC-2，OBC-3)、OC(氧化型棉纤维抑菌吸水保鲜垫)、Blank(不做任何处理)和Control(采用商业棉质保鲜垫处理)进行鲜肉贮藏过程中菌落总数的变化。由图4可以看出，本发明保鲜垫能显著抑制鲜肉菌落总数的增长，并且随着氧化时间的延长抑菌能力逐渐提升，即OBC保鲜垫(OBC-1，OBC-2，OBC-3)的抑菌性能与羧基含量显示出显著的数量依赖性。空白组菌落总数增长最快，相比之下，对照组和OBC样品组的菌落总数增长较慢。对照组和OBC-1组表现出类似的趋势，而OBC-2和OBC-3组细菌增殖受到明显抑制，其中OBC-3组抑菌作用最强，在第10天OBC-3组菌落总数为6.2(log(CFU))，显著优于无纺布吸水垫7.4(log(CFU))，这是因为BNC具有纳米结构，再通过TEMPO制备的OBC海绵具有较大的比表面积，能与细菌充分接触，使其具有优异的广谱抑菌性，能抑制了腐败微生物的增殖。而棉纤维因为直径较粗，比表面积较小，且其无规则松散絮状结构使其吸水性较差，多余渗出液为病原体或腐败微生物的繁殖提供了合适的生长环境，从而导致棉纤维垫的抑菌保鲜效果明显低于OBC保鲜垫。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这中叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种抑菌吸水垫，其特征在于，所述抑菌吸水垫主要成分包含氧化型细菌纤维素。
2.根据权利要求1所述的抑菌吸水垫，其特征在于，所述氧化型细菌纤维素为经TEMPO/NaClO2/NaClO混合氧化体系氧化的细菌纤维素；优选地，所述细菌纤维素为木醋杆菌细菌纤维素。
3.一种抑菌吸水垫的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)细菌纤维素的获得；2)细菌纤维素的破碎和氧化；3)氧化型细菌纤维素的冻干。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中细菌纤维素的来源选自醋酸菌属、土壤杆菌属、根瘤菌属或八叠球菌属细菌。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述细菌纤维素是通过以木醋杆菌为菌种，经液体培养基恒温静态或动态培养3-7天后，置于1％-5％(w/v)氢氧化钠溶液中，在70-90℃下处理2-4h后取出，用去离子水漂洗至中性后获得。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中将细菌纤维素破碎，制成质量浓度为0.1-2％的匀浆，经TEMPO/NaClO2/NaClO混合氧化体系于室温下氧化，进行离心清洗和透析获得氧化型细菌纤维素。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述TEMPO/NaClO2/NaClO混合氧化体系的氧化步骤如下：将细菌纤维素匀浆与用量为0.1-1.0mmol/g细菌纤维素的TEMPO、用量为10-17mmol/g细菌纤维素的NaClO2和10mL2-10％的NaClO混合，并在25-50℃磁力搅拌0.1-6小时，最后用磷酸钠缓冲液离心洗涤三次。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述氧化的时长为0.5-5小时，优选为0.5-3小时，更优选为0.5-2.5小时，1.5-2.5小时，2.5小时。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中氧化型纤维素悬浊液冷冻干燥前先注入一定形状和尺寸的容器中，经-80℃冷冻6-12小时后再置于冷冻干燥机中进行冻干。
10.根据权利要求3-9任一项所述的方法制备获得的抑菌吸水垫。
11.权利要求1，2，10任一项所述的抑菌吸水垫在鲜肉保鲜中的应用。
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