海蒿子多糖纳米粒子的制备及其在可食用膜中的应用研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangfegnlin
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海蒿子是一种典型的马尾藻属褐藻,含有多种生物活性物质,具有较高的食用和药用价值。当前研究表明海蒿子活性多糖具有抗氧化、降血糖、抗血栓、增稠等多种生理活性和功能特性,具有广阔的应用前景。本论文以海蒿子为实验原料,采用热水浸提和分级醇沉法制备海蒿子多糖,对其理化性质、抗氧化活性和抗菌活性进行了比较研究;然后通过反溶剂沉淀法制备了海蒿子多糖纳米粒子,并将海蒿子多糖(SPP)及其纳米粒子(n SPP)与壳聚糖(CH)复配后流延成膜,研究不同组分组成及配比对海蒿子多糖/壳聚糖可食用膜(SPP/CH)机械性能、实用性能与应用性能的影响,为促进海蒿子多糖及多糖基可食用膜的开发利用提供技术依据。主要研究结果如下:(1)采用热水浸提和分级醇沉法(30%,60%和90%乙醇,v/v)制备得到三种海蒿子多糖组分,命名为SPP-30、SPP-60和SPP-90。理化性质分析表明三种多糖组分具有不同的多糖、蛋白质、糖醛酸和硫酸基含量。单糖组成分析表明三者均主要由岩藻糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和葡萄糖醛酸组成,但摩尔比不同;高效凝胶渗透色谱(HPGPC)分析表明SPP-30、SPP-60和SPP-90的分子量大小分别为3.77~206.73 k Da、5.55~189.44 k Da和4.92 k Da。扫描电镜(SEM)分析表明三种多糖组分具有不同的表观形貌,分子量越小,不规则破碎程度越大。体外活性实验表明三种多糖均具有显著DPPH·、ABTS+·、·OH和氧自由基清除活性,其中,以含有较高葡萄糖和糖醛酸含量的SPP-30和分子量较低的SPP-90组分的抗氧化活性更为显著。此外,抗菌活性实验表明SPP-30和SPP-60对金黄色葡萄球菌有明显的抑制作用,其中具有较高硫酸基含量的SPP-60能在更低的浓度下实现最大抑制;而SPP-90能同时抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长。(2)采用反溶剂沉淀法制备海蒿子多糖纳米粒子,并对其制备工艺优化、结构特性及功能活性进行了研究。结果表明,经工艺优化后制备的多糖纳米粒子(SPP-30)的平均粒径为229.63±7.63 nm,Zeta电位及多分散性指数分别为-28.43±0.50 m V和0.41±0.02。傅里叶红外光谱(FT-IR)及扫描电镜(SEM)分析表明n SPP-30显示出的圆球状或棒状空腔结构主要涉及S=O键的断裂和内酯的形成。XRD和热重分析表明海蒿子多糖具有晶体结构,且纳米化操作前后多糖的结晶度及热稳定性不受影响。体外抗氧化实验表明多糖纳米化有利于提升多糖的生物活性。百里酚截留与动态释放测定结果提示n SPP-30拥有比SPP-30更大的百里酚截留率(86.27±0.10%vs 81.96±0.04%),同时具备缓释功能。(3)通过流延法制备不同SPP-30含量的壳聚糖基可食用膜(CH、0.2SPP/CH、0.4SPP/CH、0.6SPP/CH和0.8SPP/CH),在0.4SPP/CH共混膜的基础上用n SPP-30替代SPP-30制备海蒿子多糖纳米粒子膜(0.4n SPP/CH),并载荷百里酚(TH)制备抗菌膜TH/SPP/CH及TH/n SPP/CH。流变学研究表明,海蒿子多糖和TH的添加均能增大成膜液的粘度。随着TH的加入和SPP-30含量的增多,可食用膜厚度增加,机械强度降低。FT-IR及XRD分析表明共混膜组分之间具有良好的相容性。SEM分析表明加入SPP-30后,共混膜表面颗粒感逐渐增大。TH在SPP/CH体系中定向移动造成了微观相分离,但n SPP-30的加入可改善这一现象,使共混膜表现出相较之前更均匀光滑的表观形貌。SPP/CH共混膜的阻氧阻湿性随SPP-30含量的增加而呈现先升后降的趋势,在0.4SPP/CH中表现最优,而0.4n SPP/CH的阻氧阻湿特性得到进一步提高,水蒸气透过率(WVP)最低为0.082±0.00 g·mm/(m~2·h·kpa)。由于百里酚的疏水特性,共混膜体系加入百里酚后疏水性上升,表现为含水量减少、吸水性下降、水接触角增加,但这种情况因为n SPP-30的加入而得到了改善。(4)樱桃保鲜实验结果表明,共混膜通过物理屏障及膜基质组分的化学抑菌作用隔绝外界污染,从而减少果实表面的微生物数量。结构紧密、阻隔能力强的0.4n SPP/CH及0.4SPP/CH膜,通过阻隔水分蒸发降低果实失重速率,同时调节气体微环境,有效抑制了果实的有氧呼吸,维持了营养成分含量的相对稳定。添加了抑菌活性因子的TH/n SPP/CH不仅具有良好材料性能,还显示出了更强的微生物抑制活性。
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