摘要
为了解决金针菇采后品质劣变的问题，延长商品货架期，本研究在实验室前期配方优化的基础上。利用纳米银、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅三种纳米原料，加工制备了一种新型聚乙烯基纳米复合包装材料，并在金针菇贮藏保鲜中进行了应用。通过测定包装内气体成分、微生物生长、金针菇贮藏品质等指标，以及分析菇体细胞自由基代谢和蛋白表达差异。以揭示纳米复合包装材料对金针菇保鲜作用的机理，为纳米保鲜技术的应用与推广提供理论依据。具体研究结果分述如下: 1、以聚乙烯为基材，结合纳米银、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、凹凸棒土和其他加工辅料，通过二次造粒技术，吹塑制得了一种厚度为40μm的纳米复合包装材料。以未添加纳米颗粒的普通聚乙烯包装膜为对照，测定分析了纳米复合包装材料的机械性能、阻隔性能、颗粒分布、安全性能和生产成本。结果表明，纳米银和纳米二氧化钛分别以面心立方晶相和锐铁矿晶型为主要形式分布在纳米复合材料中.纳米颗粒在聚乙烯基质中分布均匀，粒子尺寸直径主要集中在50-100nin之间，未出现明显的团聚现象。纳米颗粒的添加使得纳米膜和普通聚乙烯膜相比，纵向拉伸强度提高了26.91％，水蒸气透过率降低了37.41％，CO2透过率降低了6.0％，02透过率降低了8.0％，同时透光率也降低了8.0％。纳米复合包装材料符合国家GB9687-1988标准安全规定的要求。迁移实验表明，在4℃低温条件下纳米颗粒无迁移现象发生;在25℃条件下，虽然可以检测到微量银元素(0.02mg/kg DW)的迁移，但是其迁移含量在国家GB9685-2016标准规定的范围内，无安全风险。从成本上看，虽然纳米包装材料比未添加纳米粒子的聚乙烯材料贵了35.79％，但相比于保鲜作用，生产成本可接受。 2、利用纳米复合包装袋和普通聚乙烯包装袋对新鲜金针菇进行贮藏保鲜处理，在4℃下贮藏21天，每隔三天观测包装袋内氧气、二氧化碳和乙烯气体浓度，以及金针菇自身感官、营养、微生物和风味指标变化。结果表明，纳米包装可以吸收氧化乙烯，调节二氧化碳和氧气的浓度，降低金针菇的呼吸作用，呼吸速率最大值比对照组降低了19.17％。两种包装金针菇失重率在贮藏期间均保持在1％以下。低温贮藏21天后。和对照组相比，纳米材料包装的金针菇开伞率降低了39.80％，菇柄伸长率降低了44.08％。最大剪切力降低了16.45％，褐变度降低了22.01％。纳米包装还可以延缓金针菇可溶性固形物、可溶性蛋白、维生素C和游离氨基酸的消耗或降解过程。从微生物生长情况看,纳米包装在贮藏中后期可以显著抑制金针菇嗜温菌、嗜冷菌、假单胞菌、酵母和霉菌的生长。风味检测结果显示，3-辛酮和3-辛醇是新鲜金针菇的主要挥发性风味物质。经过21天贮藏后，纳米材料包装的金针菇主要挥发性风味物质是酮类(73.9％)，烃类物质相对含量为12.7％，比新鲜金针菇高了近一倍。相比之下，普通聚乙烯包装的金针菇的主要风味物质是杂环与芳香类物质。此外，由于无氧呼吸作用使得普通聚乙烯包装的金针菇产生乙醇积累，其相对浓度在贮藏末期为5.3％，而纳米材料包装的金针菇乙醇相对浓度仅为0.8％。两种包装金针菇的非挥发性风味物质中酸味、威味和鲜味相关物质的含量随着贮藏时间的延长不断降低。相比于对照组。纳米材料包装的金针菇酸味物质和回味值与贮藏初期相比未出现显著性差异。 3、通过测定4℃低温贮藏期间不同包装金针菇自由基含量、抗氧化酶活性、膜脂过氧化程度以及膜透性变化.以揭示纳米包装对金针菇菇体细胞自由基代谢的影响。结果表明.纳米包装可以提高金针菇菇体抗氧化酶的活性。贮藏第3天时，纳米材料包装的金针菇的SOD和POD酶活性最高，分别为134.67U/rag protein和44.78U/mgprotein，显著(P＜0.05)高于普通聚乙烯包装的金针菇;贮藏第6天时，CAT酶活性达到最大值(767.41U/mgprotein)，比对照组高了15.46％。纳米包装可以延缓金针菇细胞自由基的产生与积累，减少细胞氧化损伤，保护细胞膜的完整性。贮藏21天后，纳米材料包装的金针菇O2-和H2O2含量分别为3.86mmol/kg FW和14.65mmol/kg FW，显著低于普通聚乙烯包装金针菇组。贮藏3天后，纳米材料包装的金针菇MDA含量显著低于对照组，说明纳米包装可以降低细胞膜脂过氧化水平。相对电导率测定和电镜观察结果也证明了纳米包装可以保护金针菇细胞结构，维持细胞膜选择透过性。低场核磁共振检测结果显示，新鲜金针菇弛豫曲线共有四个特征峰，分别代表细胞壁内的结合水分子信号(T21)、细胞质内的半结合水分子信号(T22)、细胞间隙(T23)和液泡(T24)内的自由水分子信号。贮藏21天后，相比于纳米包装，普通聚乙烯包装金针菇核磁信号弛豫曲线峰T22、T23和T24出现了明显的左移现象，并且T23和T24之间还出现了肩峰融合的趋势，说明对照组佥针菇细胞生物膜受到自由基的攻击而损伤，透过性增强，细胞质和液泡中的溶质等大分子物质开始溶出，进而影响了低场核磁横向弛豫时间，出现了偏移和融合的现象。 4、利用TMT标记结合2D LC-MS/MS技术对新鲜金针菇、21天贮藏后纳米材料包装和普通聚乙烯包装的金针菇的蛋白进行分离鉴定，再通过生物信息学分析手段对差异表达蛋白进行数据深度分析。实验结果共鉴定出2283个可信蛋白，其中筛选出差异蛋白429个。纳米材料包装的金针菇蛋白样品对比新鲜金针菇蛋白样品组(N/F)共检测到181个差异蛋白，上调蛋白176个，下调蛋白5个;普通聚乙烯包装的金针菇蛋白样品对比新鲜金针菇蛋白样品组(P/F)共检测到145个差异蛋白，上调蛋白117个，下调蛋白28个;纳米材料包装的金针菇蛋白样品对比普通聚乙烯包装的金针菇蛋白样品组(N/P)共检测到297个差异蛋白，上调蛋白232个，下调蛋白65个。对N/P组差异蛋白数据GO分析发现，上调的差异蛋白50％都分布在细胞的细胞质中，主要参与了氨基酸合成与代谢(16％)、蛋白运输(15％)、信号传导(11％)、应激反应(11％);下调差异蛋白分布在细胞的线粒体(35％)、细胞质(31％)和膜结构(18％)上，主要参与了碳水化合物代谢(32％)、氨基酸合成与代谢(24％)和有机酸代谢(12％)。通过GO、KEGG和PPI分析发现，纳米包装可以延缓三羧酸循环、乙醛酸循环等能量代谢过程相关蛋白的表达，如柠檬酸合成酶、异柠檬酸裂合酶等;提高甲酸脱氢酶和乙醛脱氢酶蛋白表达，进而减少因无氧呼吸积累的乙醇带来的伤害;降低β-葡糖苷酶和海藻糖酶的蛋白表达，延缓纤维素和海藻糖的降解过程，进而保护细胞壁结构和提高细胞抗性;提高酵母氨酸脱氢酶、色氨酸合酶、谷氨酸脱氢酶、延长因子和蛋白二硫键异构酶等相关蛋白的表达，从而提高金针菇细胞在胁迫条件下的耐受性，保证细胞内碳氮代谢平衡，协助修复错误修饰蛋白。另一方面，纳米包装还可以提高金针菇信号传导相关蛋白，比如促分裂原活化蛋白激酶、肌醇.磷酸合酶、G蛋白信号调节因子、蛋白激酶C和BAR衔接蛋白hob3的表达;应激反应相关蛋白，如谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶、蛋氨酸亚矾还原酶B和热激蛋白的表达。综上所述，纳米包装可以减缓金针菇细胞能量代谢相关蛋白表达，提高金针菇菇体细胞内抗氧化酶蛋白、蛋白错误修饰修复相关蛋白、信号转导相关蛋白表达水平。减少自由基氧化损伤，维持碳氮代谢平衡，增强金针菇的抗逆性与贮藏稳定性，最终达到延长金针菇的货架期的目的。
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