纳米壳聚糖安全性评价及其对南美白对虾涂膜保鲜的效果研究

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南美白对虾(Litopenaeus vannamei)在世界上养殖产量很大,属于三大优良虾种之一。其味道鲜嫩,营养丰富而深受消费者青睐。早在20世纪90年代初,我国就开始对其引进养殖,目前我国已成为养殖产量最高的国家。然而,南美白对虾非常容易腐败,在捕捞、运输、加工及贮藏环节当中极易受细菌侵袭而变质,加上虾肉组织水分含量高,各种酶活性强,自溶作用发生迅速,新鲜程度很快就下降了。壳聚糖来源丰富,安全且抑菌性能良好,鉴于此,本文以南美白对虾为对象,普通壳聚糖涂膜作为参比,分别从物理,化学和感官三方面研究了在4℃冷藏条件下,纳米壳聚糖涂膜对南美白对虾的保鲜效果。同时运用斑马鱼模式生物进行了体内纳米壳聚糖的急性毒性研究,旨在进一步探究纳米壳聚糖和普通壳聚糖的在生物体内的安全性,了解纳米壳聚糖在生物体内的作用机制,对生物体可能造成的影响,给纳米壳聚糖的安全应用提供可靠依据。研究结果如下:1、运用离子交联法制备了纳米壳聚糖。研究了壳聚糖溶液的浓度、STPP(三聚磷酸钠)溶液的浓度、壳聚糖与STPP的质量比和反应体系pH值等因素对纳米壳聚糖粒径大小的影响。确定了纳米壳聚糖制备的最佳工艺条件:壳聚糖溶液浓度为0.5mg/mL, STPP溶液浓度为lmg/mL,壳聚糖和STPP质量比为2.5:1,反应pH为3.4。通过扫描电镜、透射电镜、傅里叶变换红外光谱仪对制备出的纳米壳聚糖进行表征,得到粒径低于100nm的壳聚糖粒子,其分布均匀并且性质稳定,可以用于后续试验。2、连续10天内,研究了4℃储藏下,壳聚糖涂膜对南美白对虾的保鲜效果。T-1,T-2和对照组分别为普通壳聚糖涂膜组,纳米壳聚糖涂膜组和去离子水组。在第6,8和10天纳米壳聚糖组的pH值都是最低的,有显著性(p<0.05);除了第0天之外,在同一取样日,壳聚糖能够显著降低挥发性盐基氮总量(TVB-N)和K值,其中T-2组的各项数值最低(p<0.05);在第10天,T-2组的硫代巴比妥酸值(TBA)明显低于对照组(p<0.05),肌苷酸(IMP)含量明显高于对照组(p<0.05);同时在第10天,T-2组的硬度和弹性最大(p<0.05),总活菌数(TVC)最低,其次是T-1组,且均有显著性差异(p<0.05)。同样,T-2组,T-1组和对照组感官评定的分数分别为8.0,4.0和2.3。这都说明了纳米壳聚糖涂膜在4℃冷藏下可以较好的维持南美白对虾的品质。3、以普通壳聚糖为参比,研究了纳米壳聚糖对斑马鱼胚胎的毒性。发现壳聚糖对斑马鱼胚胎具有致畸效应,斑马鱼胚胎在不同浓度的壳聚糖暴露下会产生脊柱弯曲(AM)、心包水肿(PE)和软黄囊水肿(YES)、游囊不发育(USB)等一系列典型的畸形表型,随着壳聚糖浓度的增加,纳米壳聚糖和普通壳聚糖导致斑马鱼胚胎畸形数量呈现增加趋势,其中普通壳聚糖导致的胚胎畸形类型更加丰富。计算得出纳米壳聚糖在96hpf (hours post-fertilization)和120hpf的LCso(半数致死量)分别为280mg/L和270mg/L,普通壳聚糖在96hpf和120hpf的LCso都为257mg/L;120hpf时,纳米壳聚糖和普通壳聚糖的TCso(半数致畸量)分别为257mg/L和137mg/Lo纳米壳聚糖的LCso和TCso均高于普通壳聚糖。4、在孵化率方面,72hpf内普通壳聚糖在较高浓度下(300mg/L和400mg/L)会显著降低斑马鱼胚胎的孵化率,而纳米壳聚糖对其没有显著性影响;在24-120h内,二者均会延迟斑马鱼胚胎的孵化,而且浓度越高,延迟的时间越长,但是纳米壳聚糖组在120h的最终孵化率明显高于普通壳聚糖组;48h斑马鱼胚胎心率测定结果表明,纳米壳聚糖组对斑马鱼仔鱼的心率影响不大,数据和对照组接近,普通壳聚糖组仅在高浓度时(100mg/L-300mg/L),引起斑马鱼仔鱼心率降低。在48-96h内,纳米壳聚糖和普通壳聚糖暴露在低浓度下(5mg/L-100mg/L)对斑马鱼仔鱼体长的影响不明显,仅在高浓度下(200mg/L和300mg/L),与对照组相比,斑马鱼仔鱼的体长略有降低,且浓度越高,抑制体长增长的效果越明显。而两种溶液暴露,对斑马鱼仔鱼的体重基本没有影响。5、为了研究纳米壳聚糖对斑马鱼仔鱼神经方面的影响,将斑马鱼仔鱼暴露在低浓度(10mg/L,20mg/L,30mg/L和40mg/L)的纳米壳聚糖溶液中对其进行行为测试,包括光刺激试验和活力试验。光刺激试验下,各组斑马鱼仔鱼突然间由光照进入黑暗时,游速出现剧增,10mg/L组各时间点的游速和对照组差异不明显,而20mg/L,30mg/L和40mg/L组斑马鱼仔鱼在黑暗时的游速均远大于对照组。活力试验结果表明,1Omg/L和20mg/L组的仔鱼游速与对照组相比差异不明显,而30mg/L和40mg/L组的仔鱼游速明显比对照组要快(p<0.01)。
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