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作为一种新型的天然食品防腐剂,ε-聚赖氨酸以其高效和广谱的抑菌特性以及食用安全性而备受瞩目。ε-聚赖氨酸的抑菌特性主要取决于其侧链的质子化氨基基团。但也正是由于这种特性,使得ε-聚赖氨酸会与某些食品体系中的阴离子多糖或蛋白质发生静电相互作用从而产生絮凝或沉淀。絮凝或沉淀的产生不仅破坏了体系的稳定性,还削弱或消弭了其抑菌特性。研究表明,ε-聚赖氨酸与阴离子生物聚合物在一定条件下所形成的纳米或微米尺度的聚电解质复合物仍具备抑菌特性。本文从聚电解质的角度出发,首先探讨了ε-聚赖氨酸(阳离子聚电解质)和一种壳聚糖的衍射物—N,O-羧甲基壳聚糖(两性聚电解质)在不同质量比下所形成的聚电解质复合物的相行为及其影响因素。以两者所形成的复合凝聚物——NE2为例,研究其结构及性质;随后以两种具有相反电荷的微粒子NE1和NE3为例,研究了两者的抑菌特性及其机制。最后选择NE1、NE3和NE5作为保鲜涂膜应用于冷却肉的保鲜。主要研究结果如下: (1)首先探究了ε-聚赖氨酸和羧甲基壳聚糖的解离常数以及羧甲基壳聚糖的取代度。结果表明:ε-聚赖氨酸的pKa为9.40,羧甲基壳聚糖的pKa1 pKa2和pKa3分别为5.04、7.99和10.23。研究发现:相比电导率法和电位滴定法,红外光谱分析所测定的羧甲基壳聚糖的取代度较为可信,确定羧甲基壳聚糖的取代度为1.10。此外,通过红外光谱分析明确了羧甲基壳聚糖为N,O-羧甲基壳聚糖的钠盐形式。 (2)本文采用浊度法、微量电泳法和动态光散射法研究了不同质量比的羧甲基壳聚糖和ε-聚赖氨酸所形成的聚电解质复合物以及pH对其的影响。结果表明:不同质量比条件下所形成的聚电解质复合物中存在过量的羧甲基壳聚糖或ε-聚赖氨酸时,由于存在大量未被中和的电荷使得体系呈微相分离或共溶的状态。而对于复合凝聚物NE2,此时由于两者所携带的净电荷接近或相等呈复合凝聚的状态。复合体系的pH直接影响了羧甲基壳聚糖和ε-聚赖氨酸的离子化程度。ε-聚赖氨酸浓度为0.05%(W/W)的NE4体系随着pH的变化{pH| pH(ε)[3.00,9.00]}(采用集合表示),呈现出不同的相行为:澄清pF(ε)[3.00,5.31)∪[8.90,9.00)、微相分离pH(ε)(7.50,8.90]和复合凝聚pH(ε)[5.31,7.50]。此外,随着pH的降低,在较低浓度(0.005%)时体系仍可生成复合凝聚物,并且浓度越高越容易造成体系失稳。当pH小于羧甲基壳聚糖的等电点时,此时体系中主要是羧甲基壳聚糖自聚集引起的沉淀。利用傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射和差示扫描测量热分析了复合凝聚物NE2的结构和特性。结果表明:NE2的形成主要受羧甲基壳聚糖侧链羧基基团和ε-聚赖氨酸侧链氨基基团的静电相互作用驱使。X-射线衍射和差示扫描测量热分析显示,NE2的生成破坏了羧甲基壳聚糖结晶区和非结晶区的构成,说明复合凝聚物分子排布的有序性劣于羧甲基壳聚糖。 (3)研究了不同质量比的聚电解质复合物作用于大肠埃希氏菌(Escherichia coli)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)时的最小抑菌浓度(MIC),同时初步探究了两种微粒子NE1和NE3杀菌特性及其抑菌机制。结果表明:PEC的相行为决定了其抑菌特性。当PEC呈微相分离或澄清状态时,其作用于三种供试菌种的MIC与ε-聚赖氨酸的MIC基本一致,分别为8μg/mL、4μ g/mL和4μ g/mL。絮凝或沉淀的出现则削弱或消弭了复合体系的抑菌性。杀菌动力学表明:含ε-聚赖氨酸10μ g/mL的NE1和NE3能够在5min内杀死99%的细菌,并且能够在60min内杀死所有细菌,这表明NE1和NE3都具有良好的杀菌和抑菌特性。活性氧水平实验以及通过扫面电镜观察微粒子对S.aureus的形态的影响,本文推测微粒子的抑菌机制是:微粒子能够附着在细菌细胞表面上,但不能穿透细胞壁。细菌带负电荷的细胞膜会与微粒子发生静电竞争并与聚赖氨酸发生静电结合,从而导致了细菌细胞膜的破裂。 (4)研究了冷藏条件下聚电解质复合物涂膜对冷却肉品质的影响。将含有0.1%(w/w)ε-聚赖氨酸的NE1、NE3、和NE5与阳性组和对照组通过喷涂的方式应用于冷却肉的保鲜,微生物指标和理化指标显示不同的涂膜都有益于延长冷却肉的保藏时间。菌落总数、肠杆菌总数以及嗜冷菌总数表明:NE1和NE5处理组在前期(2d)的菌落数显著性降低(P≤0.05),但2d后菌落数有所回升。与其他组相比,而NE3处理组的细菌数增长缓慢,说明NE3能够持续地抑制微生物的增长。研究结果表明:所有处理组对霉菌和酵母的抑制作用均不明显(P>0.05)。色差值(L*、a*、C和H°)显示NE3能够可维持冷却肉储藏期间色泽的稳定。对比硫代巴比妥酸值发现:阳性组和PEC涂膜组对储藏期间的冷却肉都具有显著的抗氧化作用(P≤0.05),并且NE3的抗氧化效果最好。相比于阳性组和对照组,PEC涂膜能够显著降低冷却肉的pH(P≤0.05)。储藏实验表明:冷却肉储藏期间,其TVB-N值的变化趋势与菌落总数的变化趋势类似,NE3处理组的TVB-N值上升趋势最为缓慢(P≤0.05),表明NE3能更好地延长冷却肉的保质期。