壳聚糖基安徽福彩网金属氧化物作为食品防腐材料的应用进展

文件类型:审查文件

s

拉齐大学兽医学院食品卫生与质量控制系,伊朗克尔曼沙

抽象

目标:数名研究人员已经做出了巨大的努力,以制造能够保护食品并延长食品传播病原体和真菌侵袭对食品工业造成损害的食品包装材料的寿命。最近的研究集中在安徽福彩网金属氧化物在食品包装领域的潜在应用。
方法:本研究综述了有关应用壳聚糖膜的最新趋势和研究成果,壳聚糖膜包含一些重要的安徽福彩网金属氧化物作为食品应用的合适材料。
结果:包括氧化锌,氧化镁,二氧化钛,氧化铜,氧化铁,二氧化硅和二氧化硅的安徽福彩网金属氧化物是掺入壳聚糖薄膜中以改善其抗微生物,物理,机械,抗化学腐蚀性能的最常见的安徽福彩网金属氧化物。和热性能。
结论:经过审查的安徽福彩网金属氧化物可能对食品工业具有积极意义,特别是在基于安徽福彩网颗粒的食品包装领域,以改善食品的物理机械性能以及质量保质期参数。

关键词


介绍

几位研究人员在制造食品包装材料方面做出了惊人的努力,这些食品包装材料能够保护食品并延长食品传播的病原体,腐败相关微生物和真菌的侵袭,从而对食品工业造成极大的破坏[1] -3]。在这方面,来自自然可再生资源的生物可降解/生物相容性聚合物已经作为合成石油基聚合物的适当替代品进行了广泛的评估[4]。然而,天然生物聚合物缺乏满足工业标准所需的重要性能[3]。

与基于石油的合成材料相比,壳聚糖(CH)的某些理化性质和热性质需要改善,以使基于生物聚合物的包装材料合理,适度和经济[5]。 CH(图1)是一种天然多糖,由随机分布的单位组成,即(1→4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖(N-乙酰基-D-葡萄糖胺; NAG)和(1→4)-2-amino-2-deoxy-β-D-葡聚糖(D-葡萄糖胺)通过 β (1→4)连接,被认为是仅次于纤维素的最大生物材料[6]。它可以通过甲壳素的部分碱性脱乙酰化或酶水解(图2)获得,几丁质是在甲壳类动物的外骨骼中发现的结构元素,例如乌龟,龙虾,蟹和虾[7]。此外,它自然存在于节肢动物的外骨骼,无脊椎动物的内部结构以及某些活的微生物(例如真菌)的细胞壁中[8,9]。

由于其环境友好的性质,生物可降解性,生物相容性,可食用性,无毒性以及可作为复合载体,CH及其衍生物在医学和制药领域,食品工业,化妆品,水处理和农业领域具有广泛的应用。 [4,8]。此外,美国食品和药物管理局(US FDA)将CH列为‘‘通常公认的Safe-GRAS”[10]。由于其结构中有大量的羟基,乙酰基胺和游离氨基,CH具有各种功能特性。因此,已发现它具有抗菌(图3),抗真菌,抗病毒,抗氧化剂,抗高血压,抗凝血,抗过敏,抗炎,抗癌,抗止血和粘膜粘附活性[6,7,11]。这些特性特别适合多种生物医学和药物用途,包括伤口愈合[7],基因传递载体[12、13],组织工程[14]和药物传递应用[9]。对于上述应用,CH主要加工成凝胶,安徽福彩网纤维,珠子,微粒和安徽福彩网颗粒复合物和薄膜[4,11]。

安徽福彩网技术是高度跨学科的,涉及对一种或多种尺寸小于10 nm的材料的开发[15]。最近的研究集中在安徽福彩网金属氧化物在食品工业广泛领域中的潜在应用,包括改进食品添加剂,基于安徽福彩网金属氧化物的新型食品包装聚合物,扩大食品质地,颜色和口味的范围,增加食品的应用范围。液体过滤器和食用油催化。由于其安徽福彩网尺寸,这些材料具有非常大的表面体积比和表面活性。当添加到相容的聚合物中时,安徽福彩网材料可以显着增强所得安徽福彩网复合材料的材料性能,例如提高的机械强度,增强的热稳定性和提高的电导率[7]。因此,安徽福彩网材料是提高食品包装的机械性能和阻隔性能以及开发用于主动和智能应用的先进结构的有前途的方法。这项研究回顾了有关应用包含某些重要的安徽福彩网金属氧化物的CH膜作为食品应用适当材料的最新趋势和研究结果。

壳聚糖的功能特性

CH的主干是 β-(1→4)具有不同程度的葡糖胺残基的N-乙酰化的糖苷键。另外,纤维素的C-2位的羟基被乙酰胺基取代。因此,CH由两个重复单元组成,即(1→4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖(N-乙酰基-D-葡萄糖胺; NAG)和(1→4)-2-amino-2-deoxy-β-D-葡聚糖(D-葡萄糖胺)[12]。它可以通过使用浓氢氧化钠溶液进行部分碱性N-脱乙酰化,或在相对温和的条件下,在几丁质脱乙酰基酶存在的条件下进行几丁质的酶促水解而从几丁质中获得[16]。甲壳类甲壳质的甲壳素衍生的CH由于成本低且易于获得,因此是最商用的产品。在生成CH的第一步中,几丁质的线性链由N-乙酰基-D-葡萄糖胺和2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖基吡喃糖通过β (1→4)键合,用稀氢氧化钠水溶液脱蛋白,然后用稀盐酸从甲壳动物的壳中除去碳酸钙。在第二步中,使用40-60%氢氧化钠水溶液在110-115脱甲壳质ºC几个小时。当N-乙酰基-葡糖胺单元的数目超过50%时,该生物聚合物被称为CH。

CH的抗菌特性最近发表在以前的研究中[17-19]。 CH的抗菌活性取决于许多参数,例如分子量,CH脱乙酰基的百分数,复合制剂,CH的生产过程以及其生物活性结构的释放度[20]。已经得出结论,CH机制归因于其氨基之间的相互作用(NH 2)和带负电荷的细菌细胞磷脂,随后导致包括细胞蛋白质和电解质在内的必需成分泄漏,最终导致微生物细胞死亡[21]。

CH的分子量和氨基对其防腐剂/抗菌性能有重要影响。 Roberts 和 Greenwood,[22]评估了CH的抗菌性能,发现低分子量和高分子量的CH均为4.7×105 g/mol 和 1.1×106 g / mol显着控制了 单核细胞增生李斯特菌 即食烤牛肉的表面上。 No等人[23]对四种革兰氏阴性(大肠杆菌荧光假单胞菌鼠伤寒沙门氏菌, and 副溶血性弧菌)和七个革兰氏阳性细菌(李斯特菌巨大芽孢杆菌蜡状芽孢杆菌金黄色葡萄球菌植物乳杆菌布雷维斯 and 保加利亚乳杆菌)在不同的食物模型中 体外 健康)状况。他们报告说,CH显着抑制了所研究微生物的生长,但在CH的分子量和细菌类型方面,其抑制作用却有所不同。 Devlieghere等人[24]研究了具有高脱乙酰度和低分子量的CH对几种精神营养性食源性病原体和腐败微生物的抗菌作用。根据他们的发现, 嗜热支气管 and 蜡状芽孢杆菌 对所用的CH非常敏感,而 单核细胞增生李斯特菌 和乳酸菌较不敏感。

壳聚糖补充了安徽福彩网金属

氧化锌(ZnO)安徽福彩网粒子

在安徽福彩网金属中,氧化锌(ZnO)由于其优异的抗微生物,无毒,良好的紫外线吸收性,高稳定性和光催化特性而成为众多领域中最常用的化合物之一[25]。目前,它被美国FDA认为是对人安全的材料[26],并已被用作食品防腐剂,防晒霜,涂料,油漆,包装材料以及水净化[27]。而且,在食品包装薄膜/涂料中已被认为可以保持食品的颜色,防止与腐败相关的微生物和病原菌的生长,并增强包装材料的性能,包括机械强度,热稳定性,阻隔性能和稳定性[28]。 Premanathan等人[29]发现ZnO安徽福彩网颗粒对革兰氏阳性(金黄色葡萄球菌)比克负数(大肠杆菌 and 铜绿假单胞菌细菌),并通过减小ZnO的粒径来记录其杀菌效果。关于CH和ZnO安徽福彩网粒子在抗菌食品包装中的应用已有一些研究。 Rahman等人,[30]指出,抗菌/抗氧化剂CH-ZnO安徽福彩网复合材料袋的制造可以延长生牛肉的保质期。 Razak等人[31]证实,与纯CH膜相比,将安徽福彩网ZnO掺入CH中可增强抗菌性能并降低水蒸气透过率。 Ummartyotin等人,[32]报告说,分散于ZnO的CH膜具有出色的抗 大肠杆菌 和 金黄色葡萄球菌。 Sarojini等人[33]报告了用于食品包装的掺有安徽福彩网ZnO的CH-Mahua油基聚氨酯复合膜。 Indumathi等人[34]制备了CH-ZnO安徽福彩网复合膜,该膜对几种致病菌具有适当的抗菌特性,包括 大肠杆菌金黄色葡萄球菌枯草芽孢杆菌, 和 铜绿假单胞菌 在黑葡萄果实中。 Applerot等人[35]报道了类似的发现,表明用ZnO安徽福彩网颗粒(直径= 300 nm)涂覆的玻璃具有良好的抗菌活性。 大肠杆菌枯草芽孢杆菌金黄色葡萄球菌 and 植物乳杆菌 人口减少了76-89%。 Noshirvani等人,[25]指出,浓度为0.5%,1%和2%的CH + ZnO安徽福彩网颗粒在15天内减少了切片面包中的酵母和霉菌数量。 ZnO安徽福彩网颗粒的抗微生物机制仍不清楚,但几位作者指出,由于活性氧(ROS)产生的氧化应激和安徽福彩网颗粒在细菌细胞膜上的积累,ZnO安徽福彩网颗粒可破坏微生物细胞膜并改变细胞结构。由于静电力[36,37]。

氧化镁(MgO)安徽福彩网颗粒

氧化镁(MgO)是一种可重现,无色且结晶的矿物,是一种广泛应用的金属氧化物,可以使用经济的方法轻松地使用低成本原料(例如盐水,镁盐和含镁的矿物,包括白云石)生产镁氧化物和菱镁矿[38]。安徽福彩网MgO具有许多引人注目的特性,例如抗微生物能力,化学惰性,热稳定性,光稳定性,电绝缘性,无毒,良好的生物相容性和生物降解性,大的表面积体积比,低成本,紫外线阻隔能力以及光催化活性[39]。因此,它已被广泛用于食品包装,制药和医学等领域[40]。关于食品中的MgO安徽福彩网颗粒,Zhao等人[41]制备了MgO安徽福彩网颗粒,并将其作为安徽福彩网填料来增强CH膜。因此,当掺入1%的MgO时,弹性模量和拉伸强度分别增加了78%和17%。 De Silva等人[40]得出结论,CH-MgO安徽福彩网颗粒显示出显着的热稳定性,阻燃性,紫外线屏蔽性和阻水性,这可能会极大地增加食品包装基质的价值。根据Sanuja等人的结果[42],MgO安徽福彩网颗粒会影响CH基薄膜的热机械,物理和抗菌性能。 Sawai等人[43]得出结论,掺入CH膜的MgO安徽福彩网颗粒具有显着的抗微生物活性 E. coli, 金黄色葡萄球菌 白色念珠菌酿酒酵母黑曲霉 and 根霉 under 体外 健康)状况。 Stoimenov等人[44]发现,MgO安徽福彩网颗粒对 大肠杆菌 and 巨大芽孢杆菌 细菌以及孢子 枯草芽孢杆菌。 有人认为,MgO安徽福彩网颗粒表面上可用的活性氧,如超氧化物,是显着影响其抗菌能力的重要参数之一[44]。

二氧化钛2)安徽福彩网粒子

二氧化钛2),一种金属氧化物半导体,由于其出色的催化能力,化学稳定性,低毒性和低成本而成为一种新型的光催化剂[45]。二氧化钛2 安徽福彩网粒子具有适当的粘合性和抗菌性能[46],并已被美国FDA普遍认为是安全的,可作为人类食品,药物,化妆品,医疗设备,生物材料和食品接触材料中的化学添加剂[26]。但是,TiO的商业应用2 安徽福彩网颗粒由于其不稳定的热力学活性和聚集趋势而受到限制[47]。安徽福彩网TiO的光催化活性2 紫外线在氧气和水分子的存在下被紫外线激活,导致活性氧和羟基自由基的产生,从而产生抗菌和抗真菌特性[48]。它可用于水和环境中广泛的污染物(例如有机或无机化合物)的降解和矿化[49]。众所周知,它对多种食源性病原体具有出色的光催化抗菌作用[50]。该化合物的抗菌作用可能与光激发产生的ROS的高氧化还原电位有关[51]。 Foster等人,[51]报告说二氧化钛 2 安徽福彩网颗粒能够杀死包括脊髓灰质炎病毒-1,乙型肝炎病毒,单纯疱疹病毒和MS2噬菌体在内的病毒。 Lin等人,[48]发现基于安徽福彩网复合材料的CH-TiO减少了 大肠杆菌 孵育24小时后,细菌数量以6 log增长,在冷藏条件下的水果储存过程中的最小抑菌浓度(MIC)值为0.38 mg / ml。 Al-Taweel等人,[52]报道了TiO2-CH安徽福彩网复合材料基膜通过交联剂,在冷藏条件下用于肉类保存14天。

氧化铜(CuO)安徽福彩网粒子

铜是至关重要的元素,大多数食品(2-39 mg / kg)中都含有铜,例如肉,鱼,山核桃,绿色蔬菜,可可和肝脏。氧化铜(CuO)被美国FDA列为GRAS [26]。它是金属蛋白和酶的辅助因子,还具有显着的抗菌活性 大肠杆菌 O157:H7, 金黄色葡萄球菌产气肠杆菌 and 铜绿假单胞菌 [53]。尽管CuO安徽福彩网粒子通常用于维护未受污染的医疗器械,并且其表面没有污染物微生物,但已报道直接使用CuO安徽福彩网粒子或将其掺入生物基聚合物中[54]。的成长 沙门氏菌 spp., 大肠杆菌 O157:H7 和 克罗诺杆菌 spp。,可以显着降低婴儿配方食品[55]和胡萝卜汁[56]。以前的研究已经进行了评估,以将CuO安徽福彩网粒子掺入一系列CH材料中时的抗菌活性[57,58]。他们的结果表明,将CuO安徽福彩网颗粒掺入CH膜中可以提高机械,抗菌性能,并降低水溶性和UV转变,同时对膜的透明度影响最小。

氧化铁安徽福彩网粒子

氧化铁(铁3O4)安徽福彩网粒子由于具有在细胞和分子水平上起作用,对光化学腐蚀的稳定性,超顺磁性,生物相容性,晶体结构,无毒,单分散性,水溶性和高性价比的作用,因而成为食品,生物工程和生物医学中流行的化合物[ 59]。 Nehra等人,[59]报告说,CH涂有铁3O4 安徽福彩网粒子可有效作为抗微生物剂  大肠杆菌枯草芽孢杆菌白色念珠菌黑曲霉 和 枯萎镰刀菌。 Shrifian-Esfahni等人[60]报道CH-Fe3O4 安徽福彩网颗粒膜具有优异的抑制作用。 大肠杆菌 和 铜绿假单胞菌 under 体外 健康)状况。有人建议,除了铁产生的ROS3O4 对于安徽福彩网颗粒而言,对细菌细胞膜的物理损伤可能是细菌安徽福彩网棒结构记录的高度减少的最重要因素[36]。

二氧化硅和二氧化硅安徽福彩网粒子

二氧化硅(SiO2)和二氧化硅安徽福彩网颗粒具有良好的抗菌性能,非常稳定,不能被消化道消化。这些化合物最近已被美国FDA批准为食品添加剂[26]。目前,SiO2 二氧化硅安徽福彩网颗粒在食品加工和防腐方面的应用非常严格,必须直接添加并掺入可生物降解和不可降解的聚合物中,并且相关信息必须在标签上标明[61]。 Kou等人,[62]报告说,复合CH /安徽福彩网二氧化硅/藻酸钠复合膜可以将冬枣的收获后的保质期延长大约1倍。 一个月,而脱落酸处理诱导成熟并降低品质。田等人,[63]发现添加安徽福彩网二氧化硅2 进入CH膜的颗粒增加了复合膜的物理机械性能,包括抗张强度,水蒸气和气体渗透性。 CH膜补充安徽福彩网SiO2 颗粒可以显着降低腐烂率,收缩率,呼吸率,乙烯产生率,电解质泄漏率,超氧阴离子产生率和丙二醛(MDA)含量的积累。 银杏叶 seeds.

含安徽福彩网金属的壳聚糖膜的物理力学性能

关于含有安徽福彩网金属的CH膜的物理机械性能,人们普遍存在共识[32]。一般而言,薄膜的机械性能 补充安徽福彩网金属,包括抗张强度,穿刺力,穿刺变形和断裂伸长率 与不含安徽福彩网金属的薄膜相比,薄膜的数量显着增加,这可能归因于强聚合物–金属与薄膜基质之间的聚合物相互作用[32]。人们认为,这种现象会增加分子间的力,抵抗力和聚合物材料断裂的柔韧性[64]。此外,含有安徽福彩网金属的薄膜比纯薄膜具有更好的水和氧阻隔性能。这种现象可以归因于薄膜基质和金属安徽福彩网颗粒之间更多的分子间相互作用[32]。

结论

审查过的安徽福彩网金属氧化物可能对食品工业具有积极意义,特别是在基于安徽福彩网颗粒的食品包装领域,以改善食品的物理机械性能以及质量保质期。显然,这种新的包装材料如果得到正确的管理和监管,可以在有关合成石油基聚合物的环境中发挥关键作用。关于与安徽福彩网金属混合的CH膜的功能特性,包括其物理机械,流变学,水蒸气渗透性,抗氧化剂和抗菌特性,CH被认为是用于保存和改善食品保质期的非常有前景的包装材料。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

10. USFDA。 GRAS通知清单。 GRN,第397号, www.fda.gov。 2013。
16.Prashanth KH,Kittur F,TharanathanR。在不同的N-脱乙酰化条件下制备的壳聚糖的固态结构。碳水化合物聚合物, 2002;50 (1):27-33.
22.罗伯茨D,格林伍德M。实用食品微生物学. 马萨诸塞州:约翰·威利& Sons; 2008.
23. No HK,Park Park,Lee SH,Meyers SP。不同分子量的壳聚糖和壳聚糖低聚物的抗菌活性。国际食品微生物学杂志, 2002;74 (1-2):65-72.
26. FDA。联邦法规21CFR73.575列出了免除认证的色料。标题21,第1卷。2014年4月1日修订。2014年。
33. Indumathi M,Rajarajeswari G. Mahua用于生物可降解食品包装的油基聚氨酯/壳聚糖/安徽福彩网氧化锌复合薄膜。国际生物大分子杂志, 2019;124:163-174.
60. Shrifian-Esfahni A,Salehi MT,Nasr-Esfahni M,Ekramian E.壳聚糖改性的超顺磁性氧化铁安徽福彩网颗粒:设计,制备,表征和抗菌活性。 Chemik, 2015;69 (1):19-32.
 
منافع