一种食品接触材料表面抗菌涂层、制备方法及其应用

本发明属于食品加工材料，具体涉及一种食品接触材料的表面处理方法。

背景技术：

1、随着社会发展水平的提高，大众对食品质量与安全的要求不断提升，这也对食品加工行业提出了更高的挑战。食品或环境中残留的细菌能够通过生物被膜定殖于不锈钢或玻璃材料的设备表面或管道中，形成生物被膜群落，为后期膜内菌体扩散的重新定居提供了安全和保护性的环境。细菌在食品接触面上形成的生物被膜会污染产品，导致产品货架期降低和食源性疾病，对食品安全构成了巨大的风险。因此，在食品加工过程中尽量减少细菌的残留并且抑制生物被膜的形成是亟需解决的难题。

2、目前，食品工业中常用的杀菌和生物被膜控制方法包括物理方法和化学方法，水动力剪切和超声波处理可以将粘附菌体变为浮游态，降低菌落数并破坏生物被膜，但其抑菌效果较差，浮游态的细菌仍有可能重新形成生物被膜。次氯酸钠和过氧化氢等化学消毒剂是清洗食品加工设备表面的传统策略，但可能导致细菌生物膜产生耐药性，长期使用后清除率降低。现有常用食品接触材料不能抗细菌粘附，不具备长效广谱抗菌的性能。因此，设计一种赋予食品接触材料广谱抗菌功能的方法具有重要价值。

3、涂层是指附着在基体材料上具有一种或多种功能，且与基体材料能够稳定结合的薄层材料，通常包括生物大分子涂层、聚合物涂层、无机涂层和有机涂层等。但常规方法均需使用化学处理工艺赋予表面材料抗菌性质，存在工艺繁琐、时间周期长且会对环境造成破坏等缺点。本专利提出一种新型的基于蛋白质相转变的抗菌涂层制备工艺方法，在食品接触材料表面修饰抗菌涂层后，具有持续长效的原位抗菌和环境友好的特点。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于设计提供一种食品接触材料表面抗菌和抑制生物被膜形成的涂层及其制备方法。本发明将麦谷蛋白、麦醇蛋白、乳铁蛋白、鸡蛋白蛋白等蛋白与三(2-羧乙基)膦(tcep)混合，形成相转变溶液后，通过涂覆、浸泡、喷涂等多种方式在不锈钢、玻璃、塑料等多种食品接触材料表面形成纳米蛋白抗菌涂层，具有高效杀菌和抑制生物被膜形成的效果，操作简单，原料来源广泛，适用场景广泛，广谱抗菌性，稳定性良好。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，包括以下步骤：称取食源性蛋白溶解于缓冲液中，称取三羧乙基膦(tcep)溶解于缓冲液中，将获得的食源性蛋白溶液和三羧乙基膦溶液混合，调节ph，得到相转变混合液，相转变混合液与食品接触材料接触，进行孵育，将材料表面清洗干净，干燥后形成抗菌涂层。

4、所述的抗菌涂层用于杀灭大肠杆菌和金黄色葡萄球菌并且抑制生物被膜的的形成。本方法几乎对各类食品接触材料均有效，食品接触材料可选择不锈钢、玻璃、塑料、金属、橡胶等。

5、所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述食源性蛋白选自麦谷蛋白、麦醇蛋白、乳铁蛋白或鸡蛋白蛋白中的一种；

6、当食源性蛋白为麦谷蛋白时ph为7-10；当食源性蛋白为麦醇蛋白时ph为6-8；当食源性蛋白为乳铁蛋白时ph为6-8.5；当食源性蛋白为鸡蛋白蛋白时ph为6-8。

7、所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，所述接触的方式选自涂覆、浸泡或喷涂中的一种；

8、所述缓冲液选自磷酸盐(pbs)、2-(4-羟基乙基)-1-吡咯烷磺酸(hepes)或氯化钠缓冲液中的一种。

9、所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，所述蛋白溶液的浓度为1-20mg/ml；所述三羧乙基膦溶液的浓度为5-100mm；

10、所述蛋白溶液和三羧乙基膦溶液的体积比为1:1。

11、所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，所述清洗的方式选自冲洗、喷洗、振动清洗、超声清洗中的一种。

12、所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，所述干燥的方式选自自然干燥、鼓风干燥、真空干燥、加热干燥中的一种。

13、所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，抗菌涂层的层数为一层或多层；

14、多层抗菌涂层的制备方法为：重复抗菌涂层的制备过程，获得多层的抗菌涂层。

15、所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，所述孵育的条件为：温度20℃-37℃，时间4-12h。

16、第二方面，本发明提供了一种食品接触材料表面抗菌涂层，通过任一项所述的制备方法制备获得的。

17、第三方面，本发明提供了所述的抗菌涂层在食品接触材料表面杀菌和抑制生物被膜形成中的应用。

18、相较于现有技术，本发明的有益效果：

19、1、本发明采用tcep选择性还原蛋白中的二硫键，促使蛋白通过疏水相互作用在溶液中聚集成纳米颗粒，并在短时间内自然粘附在食品接触材料表面形成抗菌涂层，该涂层可抵抗液氮、超声、121℃灭菌、紫外线、等离子体活化水、胶带、低ph环境(ph 2)和高ph(ph12)等恶劣环境的破坏和干扰，具有广泛的应用场景。

20、2、本发明所需的蛋白具有优良的生物相容性。另外，tcep与其他二硫键还原剂如二硫苏糖醇(dtt)、β-巯基乙醇和半胱氨酸等相比，其在水溶液中的稳定性和溶解性都很好，因此通过简单清洗即可将tcep完全除去，具有较高的生物安全性。

21、3、本发明制备的食品接触材料表面麦谷蛋白抗菌涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在3h内的杀菌率分别达到93.87％和85.66％，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌接触杀菌率在3h内均超过85％，在6天内具有明显的抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌形成生物被膜。

22、4、本发明为食品接触材料生产厂商提供了一种新型的抗菌涂层制备方法，操作简单、成本较低、绿色环保。

技术特征：

1.一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：称取食源性蛋白溶解于缓冲液中，称取三羧乙基膦溶解于缓冲液中，将获得的食源性蛋白溶液和三羧乙基膦溶液混合，调节ph，得到相转变混合液，相转变混合液与食品接触材料表面完全接触，进行孵育，将材料表面清洗干净，干燥后形成抗菌涂层。

2.如权利要求1所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，其特征在于，抗菌涂层的层数为一层或多层；

3.如权利要求1所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述食源性蛋白选自麦谷蛋白、麦醇蛋白、乳铁蛋白或鸡蛋白蛋白中的一种；

4.如权利要求1所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述接触的方式选自涂覆、浸泡或喷涂中的一种；

5.如权利要求1所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述食源性蛋白溶液的浓度为1-20mg/ml；所述三羧乙基膦溶液的浓度为5-100mm；

6.如权利要求1所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述清洗的方式选自冲洗、喷洗、振动清洗、超声清洗中的一种。

7.如权利要求1所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述干燥的方式选自自然干燥、鼓风干燥、真空干燥、加热干燥中的一种。

8.如权利要求1所述的一种食品接触材料表面抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述孵育的条件为：温度20℃-37℃，时间4-12h。

9.一种食品接触材料表面抗菌涂层，其特征在于，通过如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备获得的。

10.如权利要求9所述的抗菌涂层在食品接触材料表面杀菌和抑制生物被膜形成中的应用。

技术总结一种食品接触材料表面抗菌涂层、制备方法及其应用，本发明属于食品加工材料技术领域。制备方法：制备蛋白溶液和三羧乙基膦溶液混合，调节pH，得到相转变混合液，与食品接触材料表面完全接触，进行孵育，将材料表面清洗干净，干燥后形成抗菌涂层。本发明通过简单冲洗即可去除多余杂质，并且在常见食品加工单元操作下具有较高的稳定性。本发明涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌接触杀菌率在3小时后均超过85％，拥有良好的杀菌能力。还能够显著抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌形成生物被膜，具有持续长效的原位抗菌和环境友好的特点。技术研发人员：姚卫蓉,陈宇伦,袁少锋,于航,郭亚辉,成玉梁,钱和受保护的技术使用者：江南大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2