单宁酸和肉桂醛纳米功能化体系的构建及其抗菌抗氧化性能研究

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食品功能因子是食品中的有益成分,既具有营养价值,又具有一定的药用功效,如抗癌、抗病毒、抗炎、抗菌、抗氧化等性能。单宁酸(Tannic acid,TA),广泛存在于植物的根茎和果实中,具有很强的抗氧化活性。肉桂醛(Cinnamaldehyde,CA),源于肉桂,是肉桂精油的主要活性组分,具有极强的抗菌活性。然而,它们的稳定性较差,易受外界复杂环境(如光照、温度、湿度、氧气等)的影响而降低或失去其活性。因此,我们的研究主要集中于对单宁酸和肉桂醛的包埋、保护和递送,开发不同的食品功能因子纳米功能化技术,提高它们的稳定性和生物利用度。同时,将综合性能良好的纳米体系应用于水果保鲜和体内抗细菌感染,并将其用于水凝胶的功能化修饰,旨在为食品功能因子单宁酸和肉桂醛的纳米功能化技术及绿色多功能水凝胶的研发和应用提供新思路。首先,本研究以天然阳离子多糖壳聚糖为壁材,通过离子交联和超声波辅助相结合的方法,成功构建了一种多糖-多酚-蛋白质三相纳米功能化体系,即壳聚糖-单宁酸-溶菌酶纳米颗粒(CS-TA-L NPs),该体系表现出明显的核壳结构。研究结果表明,溶菌酶的引入有助于该纳米体系核壳结构的形成,证明了蛋白质组分的引入有助于多酚在多糖体系中的负载。此外,这种简单有效的三相纳米体系保护了单宁酸的生物活性,使得CS-TA-LNPs具有良好的抗氧化和抗菌性能,为食品功能因子纳米体系的构建提供了新方法。此外,以天然抗菌剂肉桂醛为活性组分,我们构建了一个铜-没食子酸-肉桂醛-聚多巴胺纳米体系,实现了肉桂醛的成功负载和可控释放。首先,借助铜离子和没食子酸之间的离子螯合作用,我们制备了铜-没食子酸纳米片(Cu-GA NSs)。接着,我们以Cu-GA NSs为稳定剂,制备了负载肉桂醛的铜-没食子酸-肉桂醛纳米片(Cu-GA-CA NSs)。然后,借助多巴胺的自聚合特性和超声辅助剥离策略,本研究成功制备了铜-没食子酸-肉桂醛-聚多巴胺纳米棒(Cu-GA-CA-PDA NRs)。研究结果表明,近红外NIR808可以触发Cu-GA-CA-PDA NRs产生热量并释放肉桂醛,且具有优异的抗菌性能。抗氧化试验结果表明了Cu-GA-CA-PDA NRs具有良好的清除自由基活性。此外,水果保鲜试验证明了Cu-GA-CA-PDA NRs可以有效抑制圣女果和小橘子表面微生物的繁殖,起到很好的保鲜效果。体内抗细菌感染试验结果表明,在NIR介导下,Cu-GA-CA-PDA NRs可以有效加速金黄色葡萄球菌感染伤口的愈合。因此,本研究为负载肉桂醛多功能纳米体系的开发提供了一种极具竞争力的策略。为了实现单宁酸和肉桂醛纳米体系构建策略的简单化和绿色化,我们提出了一种超声触发的不可逆趋平衡自组装和离子交联共驱动策略,制备了多功能肉桂醛-单宁酸-乙酸锌纳米球(CA-TA-ZA NSs),实现了亲水性和疏水性分子的融合。该策略借助了肉桂醛和单宁酸的自组装和自乳化特性,以及TA和乙酸锌(ZA)之间的离子交联相互作用。优化试验表明,当CA/TA质量比为4:1时,CA-TA自组装纳米乳液(CA-TA NEs)粒径最小,分散性最好。当ZA的添加量为0.4 mmol时,TA和ZA的离子交联达到平衡。在CA-TA-ZA NSs中,CA和TA的包封率分别为90.36±0.91%和91.92±0.04%。此外,构建的CA-TA-ZA NSs具有良好的热稳定性和缓释特性。CA和TA的成功负载使得CA-TA-ZA NSs对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有优异的抗菌活性。抗氧化试验结果表明,CA-TA-ZA NSs可以有效清除ABTS+、DPPH·和·OH自由基,揭示了其降低氧化应激损伤的巨大潜力。通过涂膜保鲜技术,我们发现CA-TA-ZA NSs可以有效抑制草莓表面微生物的生长,并维持其新鲜度,为CA-TA-ZA NSs在食品保鲜领域的应用提供了可能。因此,本研究为共同负载单宁酸和肉桂醛多功能纳米体系的构建提供了一个新方法。接下来,为探索CA-TA-ZA NSs在抗细菌感染领域的应用,本研究构建了一个金黄色葡萄球菌感染的伤口模型,将上一章节中制备的多功能CA-TA-ZA NSs用于体内抗细菌感染试验。首先,以ZA为交联剂,本研究将多功能CA-TA-ZA NSs成功载入壳聚糖3D网络结构中,设计了一种新型的“一体式”壳聚糖水凝胶,该水凝胶具有优异的抗菌、抗氧化、抗炎和降低氧化应激损伤的能力。此外,CA-TA-ZA NSs功能化水凝胶可以实现在伤口部位的原位快速成胶,完全覆盖不规则的伤口,并有效杀死细菌,清洁伤口微环境,使机体免疫系统恢复正常生理功能,促进血管修复和毛囊再生,诱导皮肤组织重塑,从而加速了细菌感染伤口的愈合。总之,本研究在水凝胶功能性、可降解性、安全性和组织再生性能之间取得了平衡,为单宁酸-肉桂醛纳米体系的应用提供了一个新方向,为设计食品功能因子修饰的先进功能材料提供了一个新策略。
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