ε-聚赖氨酸抗菌涂层制备及在淡水鱼保鲜中的应用

淡水鱼营养丰富，附加值高，但因微生物、内源酶以及化学作用极易腐败变质，极大限制了产品的销售范围，同时易引起食品安全重大隐患。近年来，具有抗菌功能的新型包装材料引起广泛关注。

目前市售保鲜膜主要成分为聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）等，材料表面均表现为高疏水特性，导致表面容易黏附细菌并形成生物膜，进而引发细菌感染和食品腐败。因此，开发简单高效的膜表面抗菌涂层技术，赋予保鲜膜表面优异的抗菌性能，不仅具有重要的科学意义，而且具有巨大的实际应用价值。

南京工业大学食品与轻工学院，材料化学工程国家重点实验室的王 瑞、徐 虹*和湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所的吴文锦*等以市售PE保鲜膜为基材，ε-PL和阴离子表面活性剂双(2-乙己基)磺基丁二酸钠（AOT）为原料，采用一步静电组装技术，制备ε-PL-AOT复合物，该复合物不溶于水，可溶于乙醇，进而在保鲜膜表面形成稳定抗菌涂层（图1）。通过对复合物分子结构及涂层理化性能进行表征，评价其稳定性；进一步以草鱼鱼片为研究对象，研究抗菌涂层对其实际保鲜效果，旨在为保鲜膜表面抗菌涂层在淡水鱼保鲜应用提供理论依据和技术参考。

1、ε-PL-AOT复合物核磁氢谱结果

由图2可知，在δ 8.024处的峰是连接在氨基C上的质子峰（D，—C—NH3+）。在δ 2.936处的峰则是连接C和N的亚甲基上的质子峰（B，C—CH2—N）。另外，在δ 0.858处的尖形分裂峰分别对应着AOT主链上甲基质子和支碳链上的甲基质子（H，C—CH3）。各质子数目基本与预测结构符合，此外，通过各质子峰的面积之比，如AOT主链碳次甲基质子峰面积（2.301）约为ε-PL伯胺质子峰面积（1.000）的2 倍，可以看出ε-PL-AOT复合物是等物质的量反应形成的。

2、ε-PL-AOT涂层功能化抗菌保鲜膜

ε-PL-AOT为水不溶性复合物，因此利用乙醇溶解后喷涂于PE保鲜膜表面，随后常温风干，乙醇挥发后在保鲜膜表面形成复合物涂层。如图3所示，ε-PL-AOT涂层处理的保鲜膜表面出现白色沉积物，但不影响保鲜膜本身的透明度，透光性较好。

3、ε-PL-AOT涂层红外光谱结果

如图4所示，PE/ε-PL-AOT样品在1 046 cm-1处出现特征峰，为AOT中S＝O键的对称伸缩振动，说明磺酸根与ε-PL氨根离子之间的电荷作用会使S＝O键的对称伸缩振动峰发生蓝移，该结果证实ε-PL-AOT在保鲜膜表面形成了稳定的涂层。

4、ε-PL-AOT涂层元素分析结果

如表1所示，与PE保鲜膜相比，ε-PL-AOT涂层处理的保鲜膜表面N和S元素所占百分比明显增加，ε-PL-AOT复合物通过与PE之间的疏水作用力在保鲜膜表面形成稳定涂层，因此结构中含有大量的N和S，证实PE膜表面ε-PL-AOT涂层的构建成功。PE保鲜膜、PE/ε-PL和PE/AOT表面以C元素为主，这是因为PE保鲜膜为聚乙烯组成，主要元素组成为C元素，ε-PL和AOT为水溶性，无法在保鲜膜表面形成稳定涂层。PE/ε-PL-AOT及其对照涂层表面元素组成的XPS谱如图5所示。

5、ε-PL-AOT涂层表面亲水性

如图6所示，因PE保鲜膜本身为疏水材料，表面接触角为113.7°，PE/AOT和PE/ε-PL的接触角与PE保鲜膜无明显差异，证明涂层在水洗过程被洗掉，无法与膜表面稳定结合。而ε-PL-AOT涂层接触角降至39.91°，亲水性明显增加，主要原因在于ε-PL-AOT通过疏水作用力与PE疏水表面相互作用形成稳定涂层，AOT的疏水烷烃链与PE分子形成稳定键合，ε-PL亲水分子暴露在涂层上端，表现出高度的亲水性。

6、ε-PL-AOT涂层抗菌保鲜膜的力学性能分析结果

如表2所示，加入ε-PL-AOT对抗菌保鲜膜的厚度、拉伸强度和断裂伸长率基本没有影响，其中，相比较PE保鲜膜，抗菌保鲜膜的厚度没有发生变化；而拉伸强度和断裂伸长率虽稍有降低，但总体变化较小，对抗菌保鲜膜的力学性能影响较小。总体而言，在PE保鲜膜中加入ε-PL-AOT后，该涂层抗菌保鲜膜仍具有良好的力学性能。

7、ε-PL-AOT抗菌效果评价

ε-PL-AOT抗菌涂层的抑菌效果

如图7所示，肉眼可直观观察到PE膜处理样品和PE/ε-PL-AOT膜处理样品的菌落数量具有明显差异。由于PE膜无抗菌功能，24 h后表面大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌落数分别为6.78（lg（CFU/g））和6.87（lg（CFU/g））；而ε-PL-AOT抗菌膜表面细菌数量远低于对照组，分别为2.94（lg（CFU/g））和2.73（lg（CFU/g）），证明了该涂层具有广谱抗菌功能。其主要杀菌机制为接触杀菌，涂层表面ε-PL分子接触细菌时可以破坏细菌细胞膜的完整性，导致细胞膜通透性改变，细菌内容物泄漏，进而裂解死亡。

ε-PL-AOT抗菌涂层对淡水鱼保鲜效果

如图8所示，肉眼可直接观察到3 种处理方式样品的菌落数量有明显差异，空白对照组（无保鲜膜）和PE保鲜膜处理组的细菌菌落总数均高于1×106 CFU/g，根据GB 4789.2—2016，肉制品一级鲜度的菌落总数低于1×104 CFU/g，其为变质肉。PE/ε-PL-AOT抗菌膜处理组表现出明显保鲜效果，在平板上肉眼无可视菌落，菌落总数低于1×104 CFU/g，满足GB 4789.2—2016中肉制品一级鲜度标准，以上结果表明ε-PL-AOT抗菌涂层在淡水鱼常温保鲜领域具有很好的应用前景。

结 论

本研究以天然抗菌高分子材料ε-PL和表面活性剂AOT为原料，创新采用一步静电组装技术，制备稳定的保鲜膜涂层。该涂层对以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为代表的细菌具有显著的抗菌性能，同时在以草鱼鱼肉为代表的淡水鱼鱼肉类保鲜中，也显示出较好的延长货架期性能。该技术解决了水溶性抗菌材料在疏水保鲜膜表面难以稳定附着的难题，对其他抗菌高分子材料如壳聚糖等的抗菌包装材料开发具有指导意义；同时具有工艺简单、抗菌功效显著的优势，在食品包装领域具有广阔的开发和应用前景。

本文《ε-聚赖氨酸抗菌涂层制备及在淡水鱼保鲜中的应用》来源于《食品科学》2022年43卷19期217-222页，作者：王瑞，王宇，王一丞，段欣欣，雷鹏，李莎，谷益安，孙良，罗正山，续晓琪，吴文锦，徐虹。

图片来源于文章原文及摄图网。