基于六氢β-酸的环糊精包合物的结构特征及其抑菌机理研究

The use of natural food preservative with a highly effective and broad-spectrum of bacteriostasis is an inevitable development trend in the food industry. Hop plant have shown remarkable antimicrobial potency, but the application to other foods than beer is limited due to their intense bitter taste. The hexahydro-β-acid, a derivative derived from β-acid which is one of the main component of hop , has non-toxic, colorless, tasteless and no bitterness, is one of the best such alternatives, given their strong antimicrobial activities superior to β-acid or hop extracts. However, hexahydro-β-acid is slightly soluble in water and easily soluble in ethanol, it will also limit its application in a variety of food system. In this study, based on preparation and characterization of cyclodextrin complex of hexahydro-β-acid, which will be improved in water-soluble, inhibition spectrum and minimal inhibitory concentrations (MIC) will also be obtained for food spoilage and pathogenic bacteria. The influencing factors on solubility, stability and antibacterial activity will be investigated. Furthermore, the bacteriostatic mechanism will be researched in detail by means of the methods of various fluorescent techniques, electron microscopy and gel electrophoresis assay in cellular and molecular levels for DNA and proteins of tested bacterium. The potential of hexahydro-β-acid and its cyclodextrin complex, as an antibacterial agent in preservation of two food systems, will be determined, and technical support and theoretical basis for its development and application will be established.

广谱安全的天然食品防腐剂是未来食品工业发展的必然趋势。啤酒花抑菌作用明显，但因苦味强烈而难以将其应用于啤酒之外的其它食品领域。啤酒花主要成分之一β-酸衍生化产物六氢β-酸无毒、无色，无苦味，且抑菌活性优于β-酸和其它啤酒花成分，极具天然食品防腐剂特征。但六氢β-酸醇溶性好、水溶性差，限制了其在食品体系的应用。本研究拟通过研制水溶性更好的六氢β-酸环糊精包合物，在获得其包合物的结构特征基础上，系统地评价六氢β-酸及其环糊精包合物的抑菌作用，确定六氢β-酸的抑菌谱及最小抑菌浓度；比较六氢β-酸及其环糊精包合物的溶解性、稳定性与其抗菌作用之间的关系,进而基于对测试菌DNA和蛋白质的纯化分离，借助荧光分析、电镜观测、凝胶电泳、质谱等手段，从细胞和分子水平探究六氢β-酸对常见食品致病菌的抑菌机理；并通过两个代表性食品体系,探明六氢β-酸及其环糊精包合物的应用潜力，为其在食品领域的应用奠定理论基础。

广谱安全的天然食品防腐剂是未来食品工业发展的必然趋势。啤酒花抑菌作用明显，但因苦味强烈而难以应用。啤酒花中β-酸的氢化衍生物六氢β-酸（HBA）无毒、无色，无苦味，且抑菌活性优于β-酸和其它啤酒花成分，极具天然食品防腐剂特征，却因水溶性差而限制了其应用。本研究在优化制备了HBA的8种环糊精（CD）包合物及对其结构评价基础上，围绕着HBA及其CD包合物的溶解性、稳定性、抑菌抗氧化活性及其在食品体系的应用，并结合蛋白质组学分析，从细胞和分子水平阐释了HBA环糊精包合物抑菌机理。主要工作如下：.1．筛选α-、β-、γ-CD及其衍生物2-甲基-、2,6-二甲基-、2,3,6-三甲基-、羟丙基-β--CD和羟丙基-γ--CD等8种环糊精，制备了HBA的8种CD包合物，系统评价了包合物的溶解性及抑菌活性，表明各种包合物均能改善HBA的水溶性，且抑菌活性均未下降；其中，HBA/2-甲基-β-CD包合物（HBA/M-β-CD）的溶解性最好，达到0.83mg/mL；其余几种包合物的溶解度在0.15~0.53 mg/mL 之间（以HBA计）。 .2．通过结构分析，表明HBA和CD是以1:1主客分子比通过分子间作用力形成了包合物；包合物对光、热、pH、电解质、金属离子、糖等体系及食品酸味剂、防腐剂、氧化剂、还原剂等均具有一定的耐受能力，但强氧化剂如高锰酸钾对包合物稳定性和抑菌活性影响明显。.3．确定了包合物的抑菌谱和最小抑菌浓度，以单增李斯特菌为例，抑菌活性最强的HBA/M-β-CD对其最小抑菌和杀菌浓度分别为12.5μg/mL和100μg/mL；安全性最优的HBA/HP-β-CD的最小抑菌和杀菌浓度分别为25μg/mL和100μg/mL。进而对比HBA/HP-β-CD处理前后的单增李斯特菌菌体蛋白，结合TMT定量蛋白质组学和生物信息学技术，分析蛋白质表达差异，表明包合物是通过菌株的核糖体、糖酵解/糖异生过程、ABC转运蛋白、氨基糖和核苷酸糖代谢、丙酮酸代谢等通路发挥抑菌作用；其中，核糖体是最重要的蛋白代谢的通路。.4．以山梨酸钾为对照，评价了包合物在鲜榨果蔬汁、鲜牛乳、火腿肠等食品中的应用前景；以PE膜为对照，探讨了HBA及其包合物作为抑菌剂制备的功能性可食性包装膜的性能及其用于肉类保鲜的潜力。