罗勒种子粘多糖壳聚糖膜的体外抗菌作用,其中包含Zipziphora clinopodioides精油和MgO纳米颗粒

文件类型:原始研究文章

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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:食用薄膜和涂层在食品保鲜应用中变得越来越重要,以保持质量和延长易腐烂食品的货架期。这项研究的目的是调查0和5 KGy的γ射线辐照对含有紫罗兰色的奇异果二烯精油(ZEO)和MgO纳米颗粒的罗勒种子黏液-壳聚糖膜的体外抗金黄色葡萄球菌,单核细胞增生性李斯特菌,芽孢杆菌的抗菌性能的影响蜡状芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌。
方法:在伊朗原子能组织(伊朗德黑兰)使用60Co辐射源,剂量率为4.18 kGy / h时,制成膜的伽马辐射剂量为0和5 kGy。使用琼脂圆盘扩散法和肉汤微稀释法评估罗勒种子黏液-壳聚糖膜的抗菌性能。
结果:ZEO的主要化学成分为香芹酚(65.22%),百里酚(19.51%),ɣ-萜品烯(4.63%)和对苯甲基(4.86%)。对于含有2%的ZEO + 0.2%的MgO纳米颗粒的薄膜,其抑菌区和log DP分别为5-7.9 mm和-1.76---3.33,发现了最高的抗菌活性。对于制备的膜,金黄色葡萄球菌是最敏感的细菌,其抑制区和log DP分别为5.4-7.9 mm和-0.41- -3.34。在纯薄膜中观察到光滑,致密且均匀的表面,没有颗粒状和多孔结构。 MgO纳米颗粒和ZEO完全掺入薄膜基质中。
结论:
根据我们的结果,可能建议将含有ZEO和MgO纳米颗粒的罗勒种子粘胶壳聚糖膜用于延长食品的保质期。

关键词


介绍

可食用的薄膜和涂料在食品保鲜应用中变得越来越重要,以保持质量并延长易腐烂食品的保质期[1]。可食用的薄膜可防止食品受到机械损伤,物理,化学和微生物破坏[2]。壳聚糖是一种天然且无毒的多糖,由于其广泛的应用,包括可生物降解的薄膜,混合物,涂料,复合材料和纳米复合材料,因此对科学研究和食品工业都非常有需求[3]。与其他可食用的薄膜和涂料组合物相比,壳聚糖的优势是可以与矿物质或维生素等功能性物质一起使用,而单独使用时则具有抗菌和抗氧化活性[4]。它还具有独特的特性,例如无毒,丰度,生物相容性,生物降解性,优异的成膜能力,稳定性和柔韧性[5]。

罗勒 (罗勒 L.)属于属 罗汉子 并已分布在亚洲,非洲以及中美洲和南美洲的热带地区[6]。除了作为烹饪药草和调味剂的传统用途外,种子的外果皮在润湿时会溶胀成凝胶状,可与其他成膜材料结合使用[7]。从罗勒种子获得的黏液最重要的功能特性包括生物降解性,生物相容性,耐热性,无毒性,低生产成本,可接受性和亲水性[8]。

在食品工业中,对抗菌包装薄膜和涂层的兴趣日益浓厚。在这一领域,许多研究集中于掺入香精油(EOs),芽孢杆菌素,纳米纤维和纳米颗粒[9-12]。 齐墩果 精油(ZEO)由美国食品药品管理局(US FDA)定义为在食品应用中通常被认为是安全的(GRAS),并可以用作食品添加剂或调味剂,以及抗菌剂和抗氧化剂使用[11]。最近的先前研究表明,ZEO在易腐烂的食品中具有适当的抑菌作用[5,11,13,14]。纳米氧化镁(MgO)也被美国FDA [15-17]视为GRAS材料。它具有许多优势,包括出色的可重复性,小粒径,大表面积,简单和低成本[16]。

伽马射线辐射也被认为是一种非热防腐的方法,并已被广泛应用于延迟发芽,病原微生物和腐败微生物的生长,除虫和改善易碎食品的保质期[18]。先前的研究表明,γ射线辐照可以提高含有抗菌化合物的可食膜/涂层的抗菌活性[19-21]。据我们所知,目前尚无关于伽马射线辐照对 体外 罗勒种子粘胶-壳聚糖膜的抗菌性能此外,对于 体外 掺有ZEO和MgO纳米颗粒的罗勒种子粘胶壳聚糖膜对食源性病原微生物的生长具有抗微生物作用。我们最近的研究[22]表明,与未辐照的薄膜相比,在钴60源下以2.5和5 kGy剂量辐照的罗勒种子黏液-壳聚糖薄膜具有更好的拉伸强度以及更低的溶胀指数和水蒸气透过率。而且,虹鳟鱼片包装的膜富含ZEO 2%+ MgO 0.2%和ZEO 2%+ MgO 0.1%的微生物特性和化学变化最低(P <0.05)在长时间的冷藏中。因此,本研究的目的是评估0和5 KGy时γ射线对 体外 ZEO和MgO纳米粒补充罗勒种子粘壳聚糖膜的抗菌性能。 金黄色葡萄球菌李斯特菌蜡状芽孢杆菌 and Bacillus 枯草杆菌.

材料和方法

用料

整个新鲜的部分 Z. clinopodioides 是从伊朗西部克尔曼沙什省的吉兰·e·加尔布市获得的。的EO Z. clinopodioides 使用基于欧洲药典[23]中所述方法的Clevenger型仪器,通过水力蒸馏3.5小时获得了H2O3。收集ZEO,将其倒入琥珀色玻璃小瓶中,并保持在冷藏温度下(4± 1 ºC)直到进一步使用。根据我们先前的研究[24]对ZEO进行了GC-MS分析。壳聚糖购自德国的Sigma-Aldrich(脱乙酰度= 75-85%,中等分子量= 450 KDa)。氧化镁纳米颗粒(直径< 40 nm 和 purity >99%)是从伊朗纳米材料先锋公司(伊朗Razavi Khorasan)获得的。罗勒种子购自当地市场(伊朗克曼沙),并在拉齐大学鉴定。所有化学品和培养基均购自德国默克公司。

罗勒种子黏液的提取

罗勒种子黏液的分离是基于Luo等人(2019)[25]公开的方法,在50℃下润湿(1:40 w / v,罗勒种子:水)± 1 °C持续3小时。将获得的粘液干燥并保存在干燥的地方,直到需要进一步的实验为止。

的准备 罗勒种子胶-壳聚糖膜

为了制备罗勒种子黏液-壳聚糖膜,分别将2 g黏液和2 g壳聚糖分别溶于蒸馏水和1%的乙酸中3小时和8小时。将甘油(0.75%,溶液的v / v)加入溶液中并混合30分钟。制备由25 ml壳聚糖和25 ml粘液组成的薄膜,然后添加ZEO(1%和2%)和MgO纳米颗粒(0.1%和0.2%)。将成膜溶液浇铸在玻璃培养皿中并在25°C下干燥ºC for 48 h [26].

罗勒种子粘多糖壳聚糖膜的伽马射线辐照

制备的膜的γ辐射剂量为0和5 KGy,使用 60伊朗原子能组织(伊朗德黑兰)的剂量率为4.18 kGy / h的共同来源。

扫描电子显微镜 罗勒种子胶-壳聚糖膜

使用TeScan MIRA3扫描电子显微镜(SEM)分别使用5 kV和10 kV的加速电压观察薄膜和MgO纳米颗粒的形貌。胶片样本(0.5×切下0.5cm),并滴入液氮中制备。将准备好的薄膜沉积在铝支架上,然后用金/钯合金进行溅射[13]。

细菌菌株金黄色葡萄球菌 (ATCC 6538), 单核细胞增生李斯特菌 (ATCC 19118), 蜡状芽孢杆菌 (ATCC 11774),以及 B. 枯草杆菌 (ATCC 6633)是从伊朗克尔曼沙什拉齐大学兽医学院微生物档案中获得的。在37℃培养细菌菌株°在脑心浸液肉汤(BHI)培养基中保持24小时,最终密度调整为9 log CFU / ml。

的体外抗菌活性 罗勒种子胶-壳聚糖膜

使用琼脂圆盘扩散法和肉汤微稀释法检查罗勒种子黏液-壳聚糖膜的抗菌性能。

为了进行琼脂盘扩散测定,将15ml的熔融BHI琼脂倒入直径为90mm的培养皿中。然后100 µ通过表面方法在BHI琼脂上培养每个含9 log CFU / ml的测试细菌悬浮液中的1个。将膜片(直径6mm)放在接种的BHI琼脂的表面上。在37度温育后± 1 °室温下24小时,测定抑制区的直径(mm)[2]。

对于肉汤微量稀释测定,通过添加180毫升制备带有U型底孔的96孔无菌微量稀释板µl基于罗勒种子粘胶壳聚糖的成膜溶液,其中包含ZEO(1%和2%)和MgO纳米颗粒(0.1%和0.2%),以及20µ1μl的细菌悬浮液含有9log CFU / ml的测试微生物。阳性(BHI肉汤含0.05µl/ml  还考虑了四环素和微生物)和阴性对照(含有被测微生物的BHI肉汤)。用无菌板密封剂密封板。将微稀释板放在平板振荡器上30秒钟,然后在37℃下孵育± 1 °C持续24小时。然后,使用BHI肉汤连续稀释10倍,从每个孔中取样,然后将其接种在BHI琼脂上,并在37℃孵育24小时± 1 °C.孵育后,对细菌菌落的数量进行计数,并根据等式[27]以种群差异(DP)展示发现:

日志DP =日志 = log N – log N0

N和N0 是分别在时间t和零处的细菌种群(CFU / ml)。

统计分析

所有实验均重复三次。使用Windows的SPSS 16。0(SPSS,Chicago,IL,USA)软件包执行分析。对所有结果进行单向方差分析,以确定样品的差异。显着性水平被认为是P<所有实验数据均为0.05。

结果与讨论

齐墩果精油的化学成分

如我们先前的研究[24]所示,确定ZEO的主要化学成分为香芹酚(65.22%),百里酚(19.51%), ɣ-松油烯(4.63%)和 p-cymene(4.86%)。 Ozturk和Ercisli,(2007年)[28]指出,最有效的ZEO化合物为pulegone(31.8%),1,8-cineole(12.2%)和柠檬烯(10.4%)。 Aghajani et al。,(2008)[29]指出 Z. clinopodioides 从洛雷斯坦省收集的香芹酚和百里酚分别占8.7%和53.6%。近年来,Morteza-Semnani等人(2005)[30]和Sonboli等人(2010)[31]报道,松油醇,乙酸甲酯和异新薄荷醇是从各个部位收集的ZEO的主要成分伊朗。通常,从草药中获得的EO的化学成分差异可能与草药的种类,年龄,生态型和其他环境因素有关[32]。

扫描电子显微镜 罗勒种子胶-壳聚糖膜

图1a-d和2a-d分别显示了未辐照(0 KGy)和5 KGy辐照薄膜的SEM图像。在纯薄膜中观察到了光滑,致密且均匀的表面,没有颗粒状和多孔的结构(图1a和2a)。此外,MgO纳米颗粒完全掺入薄膜基质中(图1b和2b)。 Sanuja等人(2014)[33]还发现,MgO纳米颗粒完全分散在壳聚糖膜中。在含有ZEO的薄膜中发现了孔和腔(图1c-d和2c-d),这可能是由于ZEO成分的挥发性所致[34,35]。这些结果与从佛手柑,柠檬草[34],迷迭香,肉桂[36],百里香[37]和丁香[33]获得的EO报告的结果基本一致。此外,基于SEM图像,用5KGy的γ辐射未观察到对制备的膜的形态有显着影响。此外,MgO纳米颗粒的SEM图像如图3所示。

的体外抗菌活性 罗勒种子胶-壳聚糖膜

结果 体外 罗勒种子粘多糖壳聚糖膜的抗菌活性列于表1和表2。基于表1中的发现,以纯罗勒种子粘多糖壳聚糖膜为对照组(不含ZEO和MgO纳米颗粒)和含有MgO纳米颗粒的膜(0.1和0.2%)没有观察到抑制区。从琼脂板上除去膜后,病原微生物在琼脂板上没有生长。这些结果与报道的具有固有抗微生物特性的壳聚糖膜/涂层的结果吻合良好[2,38]。根据肉汤微稀释试验的结果(表2),发现纯罗勒种子粘液-壳聚糖膜,膜+ MgO 0.1%和膜+ MgO 0.2%的log DP为-0.18--0.41,- 0.35--0.89和-0.54--0.97。最近的研究表明,壳聚糖的抗菌特性可能是由于其带正电荷的氨基与带负电荷的细菌细胞膜的相互作用,这导致了细菌细胞关键成分的释放并杀死了它们[12,39]。已经表明,从MgO纳米颗粒中释放出的活性氧可以攻击细菌,例如 大肠杆菌 O157:H7, 金黄色葡萄球菌和 沙门氏菌 斯坦利(Stanley)并通过破坏细胞壁导致细胞死亡[15,40,41]。

记录了含有1%和2%的ZEO的膜对细菌的抑制区和log DP分别为2.3-7 mm和-0.79-1.86(表1和2)。的 体外 ZEO的抗微生物活性也归因于主要的酚类化合物,它们释放质子会增加细菌中双键和ATP的离域,还破坏其细胞壁,最终破坏细胞[42]。的 体外 ZEO的抗菌活性也已进行[24,28,43]。 Behravan et al。,(2007)[43]显示ZEO的MICs对 大肠杆菌金黄色葡萄球菌铜绿假单胞菌鼠伤寒沙门氏菌和 肺炎克雷伯菌 分别为0.003、0.033、0.033、0.067和0.067%(v / v)。 Ozturk&Ercisli,(2007)[28]指出,ZEO具有广谱抗菌活性 芽孢杆菌 spp., 卡他莫拉氏菌和 阪崎肠杆菌 在肉汤微稀释测定中。在这项研究中,发现含有2%的ZEO + 0.2%的MgO纳米颗粒的薄膜具有最高的抗菌活性,其抑制区和log DP分别为5-7.9 mm和-1.76- -3.34。抗菌化合物的多种作用有多种途径,例如抑制关键酶,细胞壁活性剂的组合以及细胞壁活性剂的应用以增加其他抗菌剂的吸收[44]。先前的研究还表明,薄膜的抗菌性能会根据所掺入的纳米材料的性能,聚合物的分子量,制备方法,目标微生物和溶剂的类型以及所制备薄膜的直径大小而有所不同。据报道,随着直径的增加,薄膜的抗菌活性导致抗菌性能的提高[45,46]。

我们的发现还表明,用5 KGy的γ辐照制备的薄膜不会影响指定薄膜的抗菌性能。 Zantar等人,(2015)[47]指出,低剂量的γ射线照射(10 KGy)对尼古丁的抗菌活性没有任何影响。 百里香 和 薄荷 EO,与我们的发现一致。

结论

发现ZEO的主要化学成分为香芹酚(65.22%),百里酚(19.51%), ɣ-松油烯(4.63%)和 p-cymene(4.86%)。根据我们的结果,可能建议将含有ZEO和MgO纳米颗粒的罗勒种子粘胶壳聚糖膜用于延长食品的保质期。

利益冲突

作者之间没有利益冲突。

 

 
18. Jay JM,Loessner MJ,Golden DA。现代食品微生物学,第7版。纽约,纽约:施普林格科学商业媒体公司; 2005年。
23.欧洲药典。第三版。皇家医学会出版社,斯特拉斯堡,1997年。21-7页。
41.Sawai J,Kojima H,Igarashi H,Hashimoto A,Shoji S,Sawaki T等。氧化镁粉的抗菌特性。 世界微生物学与生物技术杂志 2000;16(2):187-94.