【摘 要】
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食源性致病菌普遍存在于食品加工和流通过程中,引起食源性疾病,是食品安全问题的重要风险隐患,因此受到越来越多的关注。为了保护消费者的健康安全,减少食源性致病菌引发食品安全事故,大量抗菌剂,如抗菌肽、化学消毒剂、季铵盐、TiO2等,被广泛应用于食品安全控制领域,但这些抗菌剂仍具有杀菌效率低、稳定性差、提取成本高、毒性高、以及出现耐药性等缺点。相比之下,金属有机框架(MOFs)是由金属节点和有机配体连接
【基金项目】
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国家重点研发计划项目(2018YFC1603400)
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食源性致病菌普遍存在于食品加工和流通过程中,引起食源性疾病,是食品安全问题的重要风险隐患,因此受到越来越多的关注。为了保护消费者的健康安全,减少食源性致病菌引发食品安全事故,大量抗菌剂,如抗菌肽、化学消毒剂、季铵盐、TiO2等,被广泛应用于食品安全控制领域,但这些抗菌剂仍具有杀菌效率低、稳定性差、提取成本高、毒性高、以及出现耐药性等缺点。相比之下,金属有机框架(MOFs)是由金属节点和有机配体连接而成的多孔纳米结构,能够提供分散良好的金属中心以及可控的离子释放速率,可实现高效杀菌。而混合金属MOFs材料由于两个或多个金属活性中心的协同作用,有效地提升了单金属MOFs的性能。为了进一步提高MOFs的抗菌功能性,本研究制备了具有类芬顿催化活性的三元NiCoFe-MOFs材料,以此构建了基于类芬顿催化反应的抗菌体系,探究其对革兰氏阳性金黄色葡萄球菌(S.aureus)和革兰氏阴性大肠杆菌(E.coli)的抗菌性能,并结合涂膜保鲜技术用于鲜切苹果的贮藏保鲜研究。本文的研究内容及结果如下:(1)NiCoFe-MOFs的制备与性能研究。通过调节金属前驱体的含量,采用一锅法制备不同金属原子比例的NiCoFe-MOFs材料,并通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、高倍透射显微镜(TEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对材料进行结构表征。结果表明:制得了两种具有不同Ni/Co/Fe原子比例的三元MOFs材料,且三种金属元素均匀分布于MOF框架中,其中Ni6Co3Fe1-MOF呈形貌、大小均一的纳米花状结构,粒径约为2μm,具有良好的分散性;Ni1Co1Fe1-MOF是由纳米纤维连接而成的三维泡沫状网络结构。通过对两种NiCoFe-MOFs材料的催化活性和抗菌性能进行对比研究,发现Ni6Co3Fe1-MOF和Ni1Co1Fe1-MOF均具有显著的类芬顿催化活性,且催化活性Ni1Co1Fe1-MOF>Ni6Co3Fe1-MOF。另外,得到Ni6Co3Fe1-MOF和Ni1Co1Fe1-MOF的最低抑菌浓度(MIC值)分别为200和300μg/mL。(2)基于类芬顿催化反应的NiCoFe-MOFs抗菌体系的构建及优化。选择S.aureus和E.coli作为研究对象,结合H2O2,对NiCoFe-MOFs进行抗菌性能研究。结果显示:0.1mM的H2O2和100μg/mLNiCoFe-MOFs抗菌剂共同处理2h后达到最佳抗菌效果,其中Ni6Co3Fe1-MOF和Ni1Co1Fe1-MOF对S.aureus的杀菌率分别为89.24%和98.54%,对E.coli的杀菌率分别为95.81%和97.70%,表明Ni1Co1Fe1-MOF抗菌体系的抗菌性能优于Ni6Co3Fe1-MOF。进一步对细胞内ROS水平进行分析,结果表明:在最佳抗菌条件下,加入H2O2后S.aureus和E.coli细胞内的ROS水平分别为Ni1Co1Fe1-MOF单独处理时的约7倍,表明NiCoFe-MOFs催化活性氧的产生是抗菌性能显著提高的主要原因;最后对Ni6Co3Fe1-MOF和Ni1Co1Fe1-MOF两种抗菌剂的细胞毒性研究显示两者均没有明显的细胞毒性。(3)海藻酸钠/Ni1Co1Fe1-MOF复合涂膜的制备及鲜切苹果的贮藏保鲜研究。以Ni1Co1Fe1-MOF(100μg/mL)抗菌剂和海藻酸钠涂膜为载体,制备了功能性海藻酸钠/Ni1Co1Fe1-MOF复合涂膜;之后,将该涂膜用于鲜切苹果的贮藏保鲜,结果表明:在4°贮藏下,复合涂膜有效地稳定了鲜切苹果的失重率、色泽、硬度和可溶性固形物含量等品质指标。同时,复合涂膜显著抑制了鲜切苹果表面E.coli的生长繁殖,在经复合涂膜处理2天后,鲜切苹果表面对数菌落数由6.47降至0.72,而微量H2O2的加入使E.coli被彻底杀灭,显著提高了抗菌效率。
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