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海藻酸钠微囊化JS25噬菌体的制备、表征及其在食品模拟体系中的释放

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-22
核心提示:食品安全的角度来说,噬菌体是预防和控制一些有害细菌,而不干扰自然生物群落细菌的最佳方式,噬菌体不仅可以提高食品的安全性,而且也不会改变食物的色、香、味,在温度低至1 ℃时仍然能够裂解宿主细胞,可抑制冷藏食品中细菌(特别是嗜冷菌)的生长,并且一旦食品取出置于室温条件下,噬菌体便可进一步控制其增殖。
   从食品安全的角度来说,噬菌体是预防和控制一些有害细菌,而不干扰自然生物群落细菌的最佳方式,噬菌体不仅可以提高食品的安全性,而且也不会改变食物的色、香、味,在温度低至1 ℃时仍然能够裂解宿主细胞,可抑制冷藏食品中细菌(特别是嗜冷菌)的生长,并且一旦食品取出置于室温条件下,噬菌体便可进一步控制其增殖。
 
  微囊化技术是一种常用的活性物质包埋技术,该技术不但可以通过包埋法固定活性物质以提高其稳定性,还可以通过包埋技术调控活性物质的释放速率,以增加活性物质的应用可能性。JS25噬菌体分离于牛奶厂污水中,属于肌尾噬菌体科噬菌体,具有极强的细菌裂解能力,可以较好地感染并杀死宿主细胞;并且该类噬菌体可以应用到食品的重要优势是其没有遗传功能并不能转录细菌DNA,并且可以通过高效价感染杀死宿主细胞。江苏省农业科学院食品质量安全与检测研究所、江苏省食品质量安全重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地、农业部农产品质量安全控制技术与标准重点实验室的龙门和滁州学院生物与食品工程学院、安徽省热敏性物料加工工程技术中心的周卉、谢文等人通过海藻酸钠微囊化JS25噬菌体,并对制备的JS25噬菌体微囊粉进行结构表征,通过构建4 种不同的食品模拟体系,建立微囊化JS25噬菌体在不同食品模拟体系中的释放模型,以期为噬菌体在食品非热杀菌的应用中提供技术支持。
 
  1、不同处理条件对JS25噬菌体微囊粉包埋率的影响
 
  随着二者添加量的增加,JS25噬菌体的包埋率均呈现显着的(P<0.05)先增加后降低的趋势。对于海藻酸钠,当添加量在2.5~4.5 g/100 mL时,噬菌体有较高的包埋率。过高的添加量(大于5.0 g/100 mL)增加了溶液凝胶的黏稠度,造成胶体结块,从而降低了噬菌体的包埋率;而过低的添加量(低于2.5 g/100 mL)则降低了胶体的黏稠度,从而不能完成对噬菌体的包埋。
 
  2、JS25噬菌体微囊粉制备工艺优化结果
 
  以JS25噬菌体包埋率最大值为目标值,对构建的二次回归方程进行优化后得到,在海藻酸钠添加量3.72 g/100 mL、CaCl2添加量2.55 g/100 mL条件下,JS25噬菌体存在最大的包埋率为87.43%,以该条件进行验证实验得到,JS25噬菌体包埋率为(88.38±0.38)%,与理论值相对误差小于5%。说明该工艺准确可靠,可以用于JS25噬菌体微囊粉的生产加工。
 
  3、JS25噬菌体微囊粉结构表征结果
 
  扫描电子显微镜结果
 
  微囊粉呈均匀的颗粒状分布,而海藻酸钠胶体大致呈网状、块状结构。说明该方法能有效制备JS25噬菌体微囊粉,并且微囊颗粒分布均匀。
 
  JS25噬菌体微囊粉粒径分布
 
  微囊粉粒径范围在20~90 μm之间,且呈正态分布。其中粒径范围在30~50 μm之间的微囊粉约占60%。说明实验得到的JS25噬菌体微囊粉颗粒均匀,该工艺能有效、均匀地完成对噬菌体的包埋。
 
  4、JS25噬菌体微囊粉的稳定性结果
 
  在4 ℃时,浮游态噬菌体在贮藏1 d时,效价从7.8(lg(PFU/g))迅速降至0(lg(PFU/g)),而JS25噬菌体微囊粉在贮藏35 d后,效价发生轻微降低,但是无显着差异(P>0.05)。在20 ℃时,浮游态噬菌体在6 h后即失活,而噬菌体微囊粉在1 d后呈略微的降低,在贮藏35 d后,效价从6.81(lg(PFU/g))降低至5.41(lg(PFU/g)),仅下降1.4(lg(PFU/g))。
 
  5、食品模拟体系中JS25噬菌体微囊粉释放结果
 
  不同种类的食品模拟体系中,JS25噬菌体释放规律相同,在0~5 min均能够快速地释放,在释放5~8 min后变缓并逐渐稳定。具体表现为:JS25噬菌体在T1体系中有最快的释放速度,在体系中2 min后释放率可达79.35%,随着时间的继续延长,释放率逐渐增加,在6 min后达到98%,随后无显着差异(P>0.05)。另外,JS25噬菌体在T4体系中的释放率在5 min后趋于稳定,可达到91%;在T3体系中在6 min时趋于稳定,释放率可达到84%;在T2体系中释放率最低,在7 min后逐渐稳定,释放率可达75%。
 
  结论与讨论
 
  海藻酸钠和CaCl2组成的体系能有效地构建JS25噬菌体微囊粉,表现为随着二者添加量的增加,JS25噬菌体的包埋率呈显着的(P<0.05)先增加后降低的趋势,并且二者对包埋率有显着的交互作用;通过响应面试验优化得到海藻酸钠和CaCl2添加量分别为3.72、2.55 g/100 mL时,JS25噬菌体包埋率可达到最大值88.38%。实验得到的JS25噬菌体微囊粉有稳定的颗粒结构,且颗粒粒径在20~90 μm之间呈正态分布。另外,该状态的噬菌体稳定性显着增加,表现为与浮游态噬菌体失活相比,在4 ℃及20 ℃条件下噬菌体微囊粉贮藏35 d也有较高的效价。JS25噬菌体微囊粉在不同的食品模拟体系中均迅速释放并逐渐稳定,在不同体系中释放8 min后,释放率可达到75%以上;并且其释放规律符合一级动力学模型及Higuchi模型。说明该工艺可以用于对JS25噬菌体的微囊化包埋,以提高JS25噬菌体的稳定性。
 
 
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