一种兼具抗氧化抗菌功能的碳点及其制备方法与应用

本发明属于新型抑菌保鲜材料，具体涉及一种兼具抗氧化抗菌功能的碳点，以及该碳点的制备方法和其在鱼肉等水产品保鲜过程中的应用，尤其是在虹鳟鱼的鲜肉保鲜中的应用。

背景技术：

1、水产品被誉为白肉的良好资源之一，因其高蛋白、低脂肪、尤其是低胆固醇而受到消费者的广泛接受。随着全球生活水平的快速发展，消费者对渔业食品的高品质、营养、安全和新鲜度的要求越来越高。但水产品运输贮藏过程容易受微生物作用、脂质氧化和内源酶作用而发生腐败，造成质量问题和经济损失，抗菌抗氧化材料的研发可以有效解决这一问题。

2、目前，纳米材料是抗氧化剂抗菌剂研究中最有前途的前沿之一。其中，碳点(cds，又称碳量子点)优势其中的热点之一。具有良好抗菌抗氧化活性的碳点纳米材料的开发为保鲜领域提供了新的选择，但是，以金属和半导体材料为前体合成的纳米碳点存在的潜在毒性限制了它们在食品中的应用。cds是零维碳基球形纳米材料，典型尺寸小于10nm。由于如此小的尺寸，碳量子点表现出独特的光致发光性质，使其与其他碳基纳米材料区分开来。除了光致发光之外，cds还表现出其它有益的性质，例如水溶性、生物相容性、低毒性等。一些研究还报告了cds对各种微生物(包括细菌、真菌和病毒)的强抗氧化活性和中等抗微生物活性，为这些物质开辟了全新的应用范围。

3、水热方法是用于生产环境友好型cds的有利方法。水热方法是一种低成本、环保、无毒的方法，用于从各种前驱体制备碳基材料。基于独特的反应条件，水热法已被发展成为一种有效的热化学技术。经过水热碳化处理的cds具有更高的荧光强度和更好的荧光稳定性。水热法已成为合成cds的常用方法之一。水热技术不仅有助于处理单分散和高度均匀的纳米颗粒，而且是处理纳米混合和纳米复合材料的最吸引人的技术之一。

4、然而，碳点的制备具有非常大的不确定性，其不确定性主要体现在功能特性获得的不可预期上。同一类别不同种类的原料，采用相同的制备方法所获得的碳点，很有可能出现一种具备功能特性，而另一种确不具备，甚至是具备不同功能特性的情形。而制备出具有两种或多种功能特性的碳点难度就更大了。水产品的腐败主要有腐败微生物造成，同时，还涉及营养物质的自然降解，例如，油脂等营养物质的氧化分解等。因此，如果食品保鲜用材料能够同时具备抗菌和抗氧化的作用，无疑对食品安全性具有重大意义。然而，目前同时具备抗菌和抗氧化功能的新型保鲜材料现有报道。

5、现有专利cn113830750b公开了一种兼有抗菌及抗氧化活性野老鹳草碳点的制备方法。该专利是以野老鹳草地上部分粉末为原料，通过水热反应处理后经过滤、透析和干燥等步骤制得的碳点。该碳点对金黄色葡萄球菌具有较好的抑制作用，最低抑菌浓度为0.625μg/ml。同时对大肠杆菌也具有一定的抑制作用，最低抑菌浓度为2.5mg/ml。同时，在抗氧化方面，经过处理获得的野老鹳草碳点相对于野老鹳草水浸液明显具有更佳的抗氧化性。然而，该碳点仍具有以下问题：

6、第一，由于野老鹳草是有一种传统的中药，其自身具备一定的抗菌和抗氧化特性。虽然制备成野老鹳草碳点性能有较大程度提高，但原料成本以及制备成本仍较高，效费比偏低。

7、第二，由于野老鹳草是生物质原料，其自身成分较为复杂，因此，以其为原料制备出的碳点性质和功能变化相对较多，产品的功能稳定性相对较低。

8、第三，虽然其表现出一定的抗菌性和抗氧化特性，但同时对于不同菌种其抗菌性存在差异的，对于其他腐败菌，尤其是水产鲜肉保鲜的主要腐败菌是否具有抑菌性仍无法确定，且其抗氧化性偏低。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的如下技术问题之一：

3、现有食品保鲜新型碳点纳米材料存在的效费比偏低、生物质成分复杂导致功能稳定性偏低、以及抗氧化性偏低的问题。

4、(二)技术方案

5、为解决上述技术问题，本发明提供种兼具抗氧化抗菌功能的碳点，以及该碳点的制备方法和在食品保鲜，尤其是水产品保鲜过程中的应用。所采取的具体技术方案如下：

6、一种兼具抗氧化抗菌功能的碳点，该碳点以糖醇和环糊精为原料通过一锅水热法制备而成；所述碳点对水产腐败菌具有抑制作用，同时具有抗氧化性，可使新鲜鱼肉在4℃下保藏12天后，tba值不高于0.65mg mda/kg。

7、优选地，所述水产腐败菌包括蜂房哈夫尼亚菌(hafinia alvei，h.alvei)、荧光假单胞菌(pseudomonas fluorescens，p.fluorescens)、单增李斯特菌(listeriamonocytogenes，l.monocytogenes)、温和气单胞菌(aeromonas sobria，a.sobria)、沙雷气单胞菌(serratia marcescens，s.marcescens)、莓实假单胞菌(pseudomonas fragi，p.fragi)。

8、更优选地，所述环糊精为α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精或2-羟丙基-β-环糊精中的至少一种；所述糖醇是木糖醇、山梨糖醇、甘露糖醇或麦芽糖醇中的至少一种。

9、上述碳点的制备方法是：首先配制糖醇溶液，将环糊精溶解到糖醇溶液中混合均匀后获得混合溶液；将混合溶液转移至水热化学反应釜中进行热处理，处理完毕冷却后获得固液混合物；再将所得的固液混合物过滤并纯化后冷冻干燥，即获得抗氧化抗菌碳点。

10、优选地，上述制备方法的步骤如下：

11、(1)称取木糖醇溶解于去离子水中，混合均匀后获得浓度为0.5-1.3g/10ml的木糖醇溶液；

12、(2)向步骤(1)中所获得的木糖醇溶液中加入环糊精，混合均匀后获得环糊精浓度为0.08-0.12g/ml的混合溶液；

13、(3)将步骤(2)所获得的混合溶液转移至水热反应釜中，进行水热处理，处理结束后，静置冷却至室温获得固液混合物；

14、(4)过滤步骤(3)所获得的固液混合物，留取滤液，再对滤液进行透析后干燥，即获得抗氧化抗菌碳点。

15、优选地，步骤(2)所述混合均匀，是在室温下搅拌5min-15min，在用超声处理10min-30min。

16、优选地，步骤(3)所述水热处理，加热温度是160℃-220℃，处理时间是5h-10h。

17、优选地，步骤(4)所述透析，所用透析袋的分子截留量为500da-3000da。

18、上述碳点mβ-cds在水产品保鲜中的应用。

19、更优选地，在鱼肉保鲜中应用；所述鱼肉为三文鱼、草鱼、带鱼、美国红鱼或虹鳟鱼。

20、更优选地，所述应用是在虹鳟鱼鲜肉保鲜过程中的应用。

21、优选地，所述应用的方法为：在无菌条件下将鱼肉分割成均匀的鱼块，在无菌条件下晾干；将晾干的鱼肉块浸泡到碳点溶液中，浸泡后沥干表面水分置于无菌保鲜盒中4℃储存。所述的碳点溶液为抗氧化抗菌碳点保鲜剂水溶液，其浓度为0.5mg/ml-2mg/ml，鱼块浸渍时间为0.5min-1min。

22、(三)有益效果

23、与现有技术相比，本发明获得的有益效果为：

24、一、本发明所制备的兼具抗氧化抗菌双功能的碳点mβ-cds对单核细胞增生李斯特氏菌、蜂房哈夫尼亚菌等多种水产腐败菌、致病菌具有良好的体外抗菌效果以及良好的抗氧化效果，能够很好的保持鱼肉新鲜度，并具有良好的生物相容性，有效延长虹鳟鱼的货架期。

25、二、本发明所提供的碳点mβ-cds是以木糖醇和β-环糊精为原料，通过水热法制备而成。其是通过两种不具备抗氧化和抑菌功能的组分制备而成，且原料环保无毒、制作过程简单、成本低，碳点mβ-cds的整体效费比较好。

26、三、本发明所制备的碳点mβ-cds经过细胞毒性试验和溶血试验，未发现明显的生理毒性，说明其生物相容性较高，可应用于食品保鲜。在将该碳点mβ-cds应用于虹鳟鱼鱼肉的保鲜过程中发现其可延长货架期3-6天，其对水产品的保鲜效果十分显著。

27、四、木糖醇是一种天然存在的糖醇，通常从植物纤维素中提取。作为可再生资源，它具有较高的可持续性，其制备过程相对环境友好，并且在碳点制备中可能有助于控制碳点的结构和性能。在生物体内具有较好的生物相容性，这些特性使得木糖醇在碳点制备和应用中成为一种有吸引力的选择，能够为碳点的定制化制备和特定领域的应用提供更多可能性。环糊精是一种多糖类化合物，它可以作为碳点的前体，在碳点合成中可以作为模板或者结构调控剂，能够影响碳点的形貌和结构特征。利用环糊精的特殊结构，可以产生形貌各异的碳点，例如，中空结构或具有不同形状的碳点，为不同领域的应用提供可能。并且具有良好的分子包结能力，能够将碳点包覆在其内部或表面，增强碳点的分散性和稳定性。这对于在溶液中的应用和特定场景下的稳定性要求较高的应用具有重要意义。同时，环糊精还具有较好的生物相容性，作为碳点的载体或稳定剂，可以改善碳点在水溶液或其他溶剂中的溶解性和分散性，使得碳点更易于处理和应用于不同领域。利用环糊精作为碳点的前体可能为碳点赋予更多的功能性。这些优势使得环糊精成为一种有潜力的碳点前体，为碳点的定制化制备和特定领域的应用提供了新的可能性。