酪蛋白酸钠/ε-聚赖氨酸复合纳米颗粒构建及其在Pickering乳液中的应用

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ε-聚赖氨酸是一种阳离子抗菌肽,具有广谱的抑菌性,由于其天然、安全、稳定的特性,它正被广泛应用于食品、医药、环境等各领域。然而,当其应用于食品中时,ε-聚赖氨酸易与一些阴离子物质如蛋白、多糖等结合从而导致体系稳定性的下降,同时这种结合也削弱了ε-聚赖氨酸的抑菌活性。将ε-聚赖氨酸包封于纳米颗粒或微米颗粒中成为了有效的解决策略之一。基于生物大分子(如多糖、蛋白质)制备的Pickering乳液具有安全、高抗聚结的特性,然而,传统的Pickering乳液不具备抑菌特性。本文以ε-聚赖氨酸与酪蛋白酸钠为研究对象,旨在制备一种新型复合纳米颗粒,通过纳米颗粒运载ε-聚赖氨酸,并对纳米颗粒进行拓展应用制备Pickering乳液,期望在保留ε-聚赖氨酸抑菌活性的同时扩展其在乳液中的应用方式与范围。因此,本文研究了不同因素对酪蛋白酸钠/ε-聚赖氨酸复合纳米颗粒理化性质及空间构象的影响,探讨了ε-聚赖氨酸与酪蛋白酸钠之间的相互作用方式,考察了其抑菌性;并以复合纳米颗粒为乳化剂稳定Pickering乳液,探究了乳液的稳定性和抑菌性,最后将乳液应用于豆浆体系中进行体内抑菌效果研究。主要研究结果如下:(1)采用浊度、粒径、Zeta电位研究了不同条件(酪蛋白酸钠/ε-聚赖氨酸的质量比、p H值、离子种类和浓度)对复合纳米颗粒理化性质的影响(不同质量比的复合纳米颗粒记为Rn,n为酪蛋白酸钠与ε-聚赖氨酸的质量比)。结果表明:在实验质量比的范围内(R1-R20),各复合体系均呈现澄清透明的状态,在中等质量比下,复合纳米颗粒具有较小的粒径与较高的Zeta值;p H值的改变使体系的净电荷发生变化,同时体系中存在两个临界p H值(p Hφ1、p Hφ2),随着质量比的增大,等电点、p Hφ1、p Hφ2均向较低的p H方向偏移;同浓度的钙离子产生的静电屏蔽效应强于钠离子,随着离子浓度的增加,ε-聚赖氨酸与酪蛋白酸钠之间的相互作用平衡被破坏,体系稳定性下降。其次研究了不同酪蛋白酸钠/ε-聚赖氨酸质量比复合纳米颗粒的储藏稳定性,结果显示,各质量比复合体系均有较好的低温储藏性。最后,对革兰氏阴性菌大肠杆菌和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌的杀菌动力学表明,各复合纳米颗粒展现出良好的抑菌活性,其中R1、R5、R10在检测时间范围内杀灭了所有受试菌。(2)利用荧光光谱、紫外吸收光谱、傅立叶变换红外光谱,研究了酪蛋白酸钠/ε-聚赖氨酸的质量比、p H值、离子种类和浓度对复合纳米颗粒空间结构的影响以及酪蛋白酸钠与ε-聚赖氨酸之间的相互作用。结果表明:ε-聚赖氨酸可与酪蛋白酸钠裸露的活性基团发生相互作用,导致其荧光猝灭,二者主要通过氢键等其他弱的相互作用力结合在一起,且沉淀相的产生受氢键作用的驱动。酪蛋白酸钠/ε-聚赖氨酸质量比、p H值、离子浓度的改变均可使色氨酸残基周围的微环境极性发生改变,导致蛋白构象的变化。此外,通过扫描电镜对复合物的微观结构进行观察,结果显示,复合纳米颗粒呈现相互交联的结构,交联程度随质量比的增大而升高。(3)以10%(v/v)玉米油为油相,R5为乳化体系,采用高压均质法制备了Pickering乳液。通过乳液液滴大小、Zeta电位、乳化度指数等指标研究了复合纳米颗粒浓度对乳液稳定性的影响,同时考察了颗粒浓度为0.5%(w/w)时,Pickering乳液的离子浓度稳定性、热稳定性及储藏稳定性。结果表明:所制备的乳液为水包油(O/W)型乳液,随颗粒浓度的增大,乳液的抗聚集稳定性增强。低离子浓度下(<100 m M)乳液可以保持稳定,在高离子浓度下液滴发生聚集、稳定性下降。由复合纳米颗粒稳定的Pickering乳液具有良好的热稳定性(90℃,30 min)及低温储藏性(4℃,30 d)。此外,杀菌动力学表明,由不同酪蛋白酸钠/ε-聚赖氨酸质量比的复合纳米颗粒稳定的Pickering乳液表现出对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌良好的抑菌效果,均在30 min内杀灭了95%以上的细菌。最后将R5体系稳定的Pickering乳液(RE5)应用于豆浆中,结果显示不同添加量的RE5均能使豆浆在25℃的保质期得到延长。
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