氧化κ-卡拉胶/聚丙稀酰胺水凝胶的制备与表征

为提高κ-卡拉胶水凝胶的应用性能,该文以κ-卡拉胶(κ-carrageenan, KC)为原料,通过TEMPO/NaClO/NaBr(TEMPO:2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基,2,2,6,6-tetramethylpiperidoxyl)反应体系制备氧化κ-卡拉胶(oxidizedκ-carrageenan, OKC),再用OKC与聚丙烯酰胺(polyacrylamide, PAM)以不同质量比进行复配,采用化学交联法制备了氧化κ-卡拉胶/聚丙烯酰胺水凝胶,通过测定水凝胶的含水率、水溶性、溶胀率、机械性能、红外光谱和微观结构,探究了氧化κ-卡拉胶对水凝胶应用性能的影响。结果表明,OKC可显著提高复合水凝胶的溶胀率、拉伸强度和断裂伸长率、降低水溶性(P<0.05),且当OKC与AM质量比为3∶4时,复合水凝胶的性能指标达最优值,即OKC3/PAM4含水率为82.7%,水溶性为12.2%,溶胀率为887%,拉伸强度达0.223 MPa,断裂伸长率达448%;红外光谱分析显示,κ-卡拉胶中的C-6醇羟基成功氧化为C-6羧基,氧化κ-卡拉胶/聚丙烯酰胺水凝胶各组分之间存在氢键;扫描电镜显示,OKC/PAM水凝胶具有致密多孔的三维网状结构,孔径均匀、规整。因此,氧化κ-卡拉胶与聚丙烯酰胺复配可制备成性能良好的水凝胶,将为开发卡拉胶水凝胶医用敷料提供理论基础。

羧甲基纤维素/κ-卡拉胶/MIL-53复合气凝胶对水体中环丙沙星的吸附去除

环丙沙星(CIP)是一种常见氟喹诺酮类抗生素,已广泛应用于人类和动物抗感染类疾病的治疗和预防,但其大部分以原药或代谢产物的形式流入水体环境中,研究CIP的高效去除技术对保障生态环境和人类健康具有重要意义.本研究分别利用羧甲基纤维素(CMC)和CMC/κ-卡拉胶(κ-CG)气凝胶为载体,原位负载一种常见金属有机框架材料MIL-53,制备CMC/MIL-53和CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶,并研究复合气凝胶对CIP的吸附效果和吸附机理.相比于CMC和CMC/κ-CG气凝胶,CMC/MIL-53和CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶不仅吸附量得以提高,其耐碱性及抗盐性均得到有效改善,在pH 4.0—9.0范围内和高盐浓度下对CIP均保持较好的吸附效果.CMC/MIL-53和CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶对CIP的吸附均为单分子层的化学吸附过程,在中性条件下的理论最大吸附量分别为1.105 mmol·g^(-1)和1.464 mmol·g^(-1).结合表观吸附性能结果和吸附前后的FTIR和XPS光谱特征分析得出,CMC/MIL-53和CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶对CIP的高效吸附是氢键、静电吸附、π—π电子供体—受体相互作用和络合作用等多重作用的结果.在中性和碱性条件下,Fe^(3+)离子浸出量低于世界卫生组织规定的浓度阈值,较好地解决了原粉末状MIL-53在实际水体中易流失难回收的问题.相比于CMC/MIL-53,CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶对水体中CIP具有更佳的吸附去除性能,有着更为优良的应用潜力.

κ-卡拉胶对低钠盐鱼糜3D打印性能及凝胶性的影响

以添加质量分数为1.0%的氯化钠和0.5%的氯化钙的低钠盐鱼糜体系为研究对象,探究κ-卡拉胶添加量对低钠盐鱼糜体系3D打印性能及凝胶特性的影响.通过测定流变特性、3D打印性能、肌原纤维蛋白二级结构、蒸煮损失、持水性、质构特性、凝胶风味、微观结构等指标来评估鱼糜体系降钠盐效果.结果表明,添加κ-卡拉胶能显著提高低钠盐鱼糜油墨3D打印性能,鱼糜凝胶的持水性、凝胶强度也显著增大(P<0.05),蒸煮损失显著降低.β-折叠结构力学性能优于α-螺旋结构,因此,β-折叠结构含量高的样品呈现出更好的稳定性.此外,κ-卡拉胶添加量(质量分数)为1.5%的低钠盐鱼糜凝胶微观结构呈现致密状态,鱼糜凝胶的硬度、内聚力、咀嚼性均达到最大值,且具备适宜的流变性能和蛋白二级结构.

κ-卡拉胶与可得然胶复合凝胶脂肪替代物的制备工艺优化

为改善κ-卡拉胶在脂肪替代物制备中存在的脆性大、力学性能差和高温易分解等问题,以κ-卡拉胶和可得然胶为原料制备复合凝胶脂肪替代物(compound gel fat substitutes,CGFS),筛选出κ-卡拉胶和可得然胶最佳质量比为3∶7,考察多糖浓度、热处理时间、热处理温度和初始pH值对κ-卡拉胶与可得然胶CGFS质构和持水能力的影响。在此基础上,以硬度为响应值优化κ-卡拉胶与可得然胶CGFS的制备工艺。结果表明:κ-卡拉胶与可得然胶CGFS的最佳制备工艺为多糖浓度3.4%、初始pH6.3、热处理时间13 min,在此条件下CGFS硬度值为(2127.432±0.480)g。

多重非共价相互作用协同构筑κ-卡拉胶基纳米复合水凝胶及其性能

为提高κ-卡拉胶基水凝胶的性能,提出了一种多重非共价相互作用协同构筑κ-卡拉胶基纳米复合水凝胶的方法。在κ-卡拉胶、铝离子和氧化石墨烯(GO)存在下,通过丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AA)之间的共聚反应以及KCl溶液浸泡过程制备了κ-卡拉胶/聚(丙烯酰胺-共聚-丙烯酸)-Al^(3+)/GO(CA/PAMAA-Al^(3+)/GO)纳米复合水凝胶。分析了制备的CA/PAMAA-Al^(3+)/GO双网状纳米复合水凝胶的化学结构,并评价了其溶胀性能、力学性能、流变性能和自愈性能。结果表明,水凝胶的形成主要依赖于非共价键,如聚合物链与GO之间的氢键、羧基阴离子与Al^(3+)之间的金属配位以及KCl诱导的聚合物链缠结。水凝胶的组成,如GO含量、Al^(3+)含量和AM/AA比例等影响了其溶胀性能、表面形貌和力学性能。AM/AA比例为5/5,Al^(3+)含量为0.20 mmol,GO质量分数为4%(CA/PAMAA_(5/5)-Al^(3+)-_(0.20)/GO-4%)的水凝胶的拉伸强度和断裂伸长率分别可以达到348.7 kPa和1423%。与纯水凝胶相比,GO的引入显著改善了水凝胶的韧性和自恢复能力。此外,CA/PAMAA/GO水凝胶也具有一定的自愈合能力。因此,该研究为制备性能良好的κ-卡拉胶基水凝胶提供了一种新的策略。

作为姜黄素递送载体的黄原胶-β乳球蛋白纤维复合凝胶的制备

该研究旨在用黄原胶(xanthan gum,XG)和β-乳球蛋白纤维(β-lactoglobulin fiber,Fblg)制备多糖-蛋白纤维复合水凝胶作为生物活性物质姜黄素(curcumin,Cur)的递送载体。电位、浊度和原子力显微镜证实了XG与Fblg分子之间发生了络合作用,静电相互作用是XG和Fblg络合的主要驱动力。通过用葡萄糖酸内酯(glucono delta-lactone,GDL)调控复合体系pH至4.0,成功得到稳定的XG-Fblg凝胶。扫描电子显微镜显示,XG-Fblg凝胶形成三维网孔结构并随Fblg的增加而变得更致密。流变和质构测试显示,XG-Fblg凝胶的机械强度随Fblg的含量增加而增强。采用体外胃肠道释放实验研究Cur的释放行为,XG-Fblg凝胶比XG凝胶和Fblg更适合作为Cur肠道递送的载体,在肠道的Cur释放量最多,Cur的释放主要通过凝胶降解控制。该研究结果可为多糖-蛋白纤维复合凝胶的制备以及合理设计水凝胶作为营养物质递送载体提供新的思路。

大豆分离蛋白-卡拉胶-黄原胶三元复合Pickering乳液的制备与特性分析

本研究制备大豆分离蛋白(Soybean protein isolate,SPI)-卡拉胶-黄原胶三元复合Pickering乳液,考察不同SPI与卡拉胶-黄原胶配比、乳液pH、卡拉胶质量浓度、黄原胶质量浓度以及大豆油内相体积对三元Pickering乳液体系的粒径、Zeta电位、乳化活性指数(Emulsifying activity index,EAI)、乳化稳定性(Emulsifying stability index,ESI)和SPI二级结构的影响,并研究常温贮藏条件下不同内相体积乳液体系的特性变化。结果表明:当SPI与复合多糖的质量浓度比为1:10,pH为9.0,卡拉胶和黄原胶质量浓度均为0.2%,油相体积为10%~85%时,SPI-卡拉胶-黄原胶三元复合Pickering乳液的稳定性均较好,平均粒径达351±24.12 nm,Zeta电位绝对值达99.4±1.4 mV。随着大豆油内相体积从10%增大至85%,Pickering乳液颗粒的粒径分布更加均一、稳定,当油相体积分数为75%时,乳液颗粒分散状态最佳,EAI和ESI达到最大值,SPIα-螺旋和β-折叠含量最高。常温贮藏实验表明,随着时间的延长,不同内相体积Pickering乳液粒径整体呈升高趋势,Zeta电位的绝对值、EAI和ESI整体呈下降趋势;所有乳液的α-螺旋含量和β-转角含量有所下降,β-折叠有所增加,无规卷曲含量变化不明显;内相体积75%和85%的高内相乳液较10%~50%的乳液显示出更好的稳定性。综上,本研究探讨了SPI-卡拉胶-黄原胶三元复合Pickering乳液的制备及特性表征,为功能性物质靶向递送和脂肪代替物应用创新提供了技术参考。

全物理交联导电双网络水凝胶κ-CG-Ca^(2+)/pHEAA的制备及性能研究

以钙离子敏感型多糖κ-卡拉胶(κ-CG)为第一网络、含羟基聚合物聚N-羟乙基丙烯酰胺(pHEAA)为第二网络,采用“加热-冷却-光聚合”方法制备了全物理交联导电双网络水凝胶κ-CG-Ca^(2+)/pHEAA;通过扫描电子显微镜、紫外可见分光光度计对水凝胶进行了表征,并测试了水凝胶的拉伸性能、自恢复性、导电性和传感性。结果表明:该水凝胶具有较强的拉伸性能(拉伸强度为1042.34 kPa,拉伸应变为17.75 mm/mm)和良好的自恢复性(恢复率为42.54%);由于自由离子的引入,该水凝胶表现出优异的导电性和传感性。这种性能优异的导电双网络水凝胶在人体运动监测、柔性电极和可穿戴电子设备等领域具有广阔的应用前景。

λ-卡拉胶诱导的肠道菌群紊乱对小鼠糖代谢的影响

卡拉胶是常见的食品添加剂,但人们对其改变肠道菌群结构的作用提出了疑问。以低、中、高剂量(1.7、8.3、41.7 mg/kg)的λ-卡拉胶持续灌胃小鼠C57BL/6 12周,通过检测小鼠的葡萄糖耐受性、胰岛素抵抗和肠道菌16S rDNA序列,探究λ-卡拉胶对小鼠糖代谢及肠道菌群的影响。借助粪菌移植技术验证肠道菌群在λ-卡拉胶影响小鼠糖代谢中发挥的作用。研究结果表明,摄入不同剂量的λ-卡拉胶均可使小鼠出现体质量增长率减少、空腹血糖水平升高以及胰岛素抵抗的症状。肠道菌群分析结果表明:λ-卡拉胶可使肠道菌群丰度及结构发生显著变化;在门水平,摄入λ-卡拉胶使厚壁菌门(Firmicutes)菌群的丰度上升,拟杆菌门(Bacteroidota)菌群的丰度下降;在属水平,摄入λ-卡拉胶使调控血糖的Bacteroidales_S24-7_group_norank丰度降低、与脂代谢及体质量降低有关的乳杆菌属(Lactobacillus)和毛螺菌属(Lachnospira)丰度升高、与肠道黏液层降解相关的阿克曼氏菌属(Akkermansia)的丰度显著升高。粪菌移植的结果显示,移植灌胃λ-卡拉胶小鼠粪菌同样使小鼠出现代谢紊乱的症状。研究结果表明,摄入λ-卡拉胶尤其是高剂量λ-卡拉胶可扰乱肠道菌群结构,从而诱导小鼠糖代谢紊乱。

κ-卡拉胶对蜂蜡基乳液凝胶微观结构和性质的影响

蜂蜡油凝胶分别与纯水和κ-卡拉胶水凝胶混合,在不添加乳化剂的条件下,配合高速剪切制备乳液凝胶和双凝胶。探究不同油凝胶质量分数(40%、60%、80%)下,κ-卡拉胶的加入对蜂蜡基乳液凝胶微观结构、物理稳定性、持水持油率、硬度、流变学行为和热学性质的影响。结果表明,制备所得的乳液凝胶及双凝胶均为W/O型。与乳液凝胶相比,κ-卡拉胶的添加并未改变双凝胶的蜂蜡晶型、持油性和热性质,但是提高了可塑性、持水性、物理稳定性、硬度和黏弹性。此外,随着双凝胶中油凝胶含量的增加,其分散水相液滴的平均粒径和分布范围越来越小,且抗剪切能力逐渐增强。

毕赤酵母中内切β-1,4葡聚糖酶的表达及共培养制备低分子质量黄原胶

低分子质量黄原胶具有抑菌、益生及抗氧化等多种生物活性,因此通过水解制备低分子质量黄原胶具有广阔应用前景。该研究将来源于绵羊瘤胃元基因组的内切β-1,4-葡聚糖酶首次在毕赤酵母中表达,其在pH 7.0和75℃下发挥最佳作用,并有较高的pH和温度稳定性。此后,建立了毕赤酵母和野油菜黄单胞菌的共培养体系并对发酵条件进行优化,其中野油菜黄单胞菌生成的黄原胶可以被毕赤酵母分泌的内切β-1,4-葡聚糖酶直接降解产生低分子质量黄原胶。摇瓶水平下,共培养体系中总糖最高为11.4 g/L,水解产物中重均分子质量为2500 Da的低分子质量黄原胶达到93.79%。该研究为功能性低分子质量黄原胶的工业化生产提供了一个潜在的策略。

香草醛/聚乙烯醇/κ-卡拉胶交联薄膜的制备及其性能研究

目的以安全无毒的方式提高聚乙烯醇薄膜的耐水性,用海洋植物来源的κ-卡拉胶材料与聚乙烯醇共混,以部分取代石油基材料成为新的包装材料。方法以聚乙烯醇为基材,通过共混占聚乙烯醇不同质量分数(2.5%、5%、7.5%、10%、12.5%)的κ-卡拉胶,以确定力学性能最优的共混膜配方。再以最佳共混配方为基础,添加占聚乙烯醇不同质量分数的(12.5%、25%、37.5%)香草醛为交联剂,在pH=2的酸性条件下制备香草醛/聚乙烯醇/κ-卡拉胶交联薄膜。通过傅里叶红外变换光谱、X射线衍射研究薄膜的化学结构,扫描电镜表征薄膜的微观形貌,拉伸强度和断裂伸长率评估薄膜的力学性能,吸湿性测试、水蒸气透过系数以及水接触角表征薄膜的耐水性能、琼脂盘扩散试验表征薄膜的抗菌性能。结果傅里叶变换红外光谱表明,香草醛的醛基与聚乙烯醇和κ-卡拉胶的醇羟基之间存在羟醛缩合反应,证明发生了交联反应。当聚乙烯醇质量分数为4%、κ-卡拉胶、香草醛分别为的聚乙烯醇质量的7.5%、25%时,共混薄膜的拉伸拉强度达到44.02 MPa;吸湿率(相对湿度为100%)、水蒸气透过系数比纯聚乙烯醇薄膜的分别提升了17.91%、15.18%。抗菌圈实验表明添加香草醛提高了共混薄膜的抗菌性。结论香草醛的加入改善了聚乙烯醇/κ-卡拉胶共混薄膜的耐水性能、力学性能和抗菌性能,克服了聚乙烯醇薄膜耐水性差的缺点,拓展了其应用范围。

κ-卡拉胶/黄原胶骨架片的体外释药特性

目的:研究κ-卡拉胶/黄原胶骨架片的体外药物释放,探讨其释药特性。方法:采用κ-卡拉胶和黄原胶复配作为骨架材料,以阿司匹林为模型药物,湿法制粒压片制备骨架片,测定骨架片在不同pH值、离子强度的释放介质和搅拌转速条件下的体外释放度和骨架片溶蚀程度,分别采用零级方程和Peppas方程对骨架片的溶蚀度和释放数据进行拟合。结果:骨架片在pH6.8磷酸盐缓冲液中药物释放最快,纯化水中次之,0.1 mol/L盐酸液中最慢;药物释放随介质离子强度增加而减慢;药物释放随搅拌转速增加而加快;骨架片的药物释放机制为扩散和溶蚀释放协同作用。结论:κ-卡拉胶与黄原胶复配作为骨架材料可延缓骨架片中药物的释放。

钾离子对罗望子胶/κ-卡拉胶复合凝胶特性的影响及机理分析

为探究K+对罗望子胶/κ-卡拉胶复合凝胶的特性及机理的影响,本文采用流变学、质构分析、微观结构和红外光谱四种方法,对不同K+添加量的复合凝胶的性能和结构进行研究。流变学结果显示,K+的添加使凝胶体系的模量升高,柔量和总形变量降低,K+添加量增至15mmol/L时,表观粘度达到最高值2690Pa·s;质构分析结果显示随K+添加量的增大,凝胶体系强度和硬度增大,但弹性和内聚性相对减少;而红外光谱和微观结构证明了K+可以促进两种凝胶体系之间的相互作用,使凝胶孔隙趋于致密均匀,在K+添加量15mmol/L时孔径间壁最为规则结实。结果表明,K+的添加能够使凝胶体系表现较好的粘弹性和抗变形性,使网状结构更加紧密,为罗望子胶和κ-卡拉胶的复配应用提供了理论参考。

影响κ-卡拉胶/黄原胶骨架片体外释药因素的研究

目的研究κ-卡拉胶/黄原胶骨架片的体外释药因素,探讨其释药特性。方法以κ-卡拉胶和黄原胶复配为骨架材料,阿司匹林为模型药物,湿法制粒压片制备骨架片,测定骨架片在不同pH值、离子强度的释放介质和不同搅拌方式、转速下的体外释放度及溶蚀度,分别采用Peppas方程和零级方程对骨架片释放度和溶蚀度数据进行拟合。结果骨架片在pH6.8磷酸盐缓冲液中药物释放最快,纯化水中次之,0.1mol·L-1盐酸液中最慢;药物释放随介质离子强度增加而减慢;药物释放随搅拌转速增加而加快;骨架片药物释放机制为扩散和溶蚀释放协同的作用。结论κ-卡拉胶与黄原胶复配作为骨架材料可延缓骨架片中药物的释放。

魔芋胶-黄原胶复配体系流变学特性及其凝胶形成动力学分析

为探究魔芋胶与黄原胶2种食品胶复配使用后的协同作用,以魔芋胶和黄原胶为原料,控制总凝胶质量分数为1%,以魔芋胶与黄原胶质量比分别为2∶8、4∶6、5∶5、6∶4、8∶2进行复配后,考察复配体系的流变学特性并对其凝胶形成进行动力学分析。结果表明:魔芋胶-黄原胶复配体系具有假塑性,当魔芋胶的添加比例逐渐增大时,复配体系黏度系数K增大,流体系数n减小,且复配体系的动态黏弹性质也随着魔芋胶与黄原胶的质量比不同而改变,当魔芋胶与黄原胶质量比为6∶4时,复配体系的K值达到最大、n值最小,具有最强的假塑性及黏弹性。同时,魔芋胶与黄原胶的不同质量比对凝胶形成速率有较大影响,当质量比小于6∶4时,凝胶形成显示出较慢的速率,且形成的凝胶强度较弱;当质量比为6∶4时凝胶形成速率加快,SDRa曲线和G’曲线上升明显,形成的凝胶强度增大,当质量比继续增加时,凝胶形成速率反而降低。采用阿伦尼乌斯方程对凝胶形成过程中的动力学参数进行拟合,决定系数均在0.98以上,表现出较高的拟合精度;凝胶形成过程中的活化能在魔芋胶与黄原胶质量比为6∶4时有显著增加(P<0.05),高温段与低温段间的活化能也表现出明显差异。

κ-卡拉胶与魔芋胶共混凝胶的质构特性研究

为明确κ-卡拉胶与魔芋胶共混凝胶的质构特性,探讨κ-卡拉胶与魔芋胶配比、共混胶质量浓度、pH值、离子强度、KCl和CaCl2对κ-卡拉胶与魔芋胶共混凝胶质构特性的影响。结果表明:κ-卡拉胶与魔芋胶通过分子间力产生交互作用,对共混凝胶性能(如硬度、弹性和黏聚性)等具有良好的协同增效性。形成共混凝胶较好的条件为:共混凝胶质量浓度为2.0g/100mL、pH3.0～6.0、离子强度0.3～0.4mol/L、KCl0.1～0.4g/100mL、CaCl20.1g/100mL。

κ-卡拉胶寡糖的酶解制备及其体外抗病毒活性

利用Pseudoalterom onassp.AJ5-13菌株所产生的κ-卡拉胶酶降解κ-卡拉胶制备κ-卡拉胶寡糖,通过电喷雾离子化飞行时间质谱(ESI-TOF-MS)和核磁共振波谱(13C-NMR)分析,该酶的水解产物主要是硫酸κ-新卡拉二糖、硫酸κ-新卡拉四糖、硫酸κ-新卡拉六糖、硫酸κ-新卡拉八糖和硫酸κ-新卡拉十糖,确定该κ-卡拉胶酶专门水解κ-卡拉胶3,6-内醚-D-半乳糖和4-硫酸-D-半乳糖之间的β-1,4糖苷键,产生3,6-内醚-D-半乳糖作为非还原端,D-半乳糖作为还原端的κ-新卡拉寡糖。采用体外Vero细胞培养法和四甲基偶氮唑盐(MTT)比色法研究了寡糖抗标准单纯疱疹病毒1型(HSV-1)活性。结果表明,κ-新卡拉寡糖对Vero细胞毒性极低,可干扰HSV-1毒株向Vero细胞的吸附。

к-卡拉胶和黄原胶复合凝胶及其载药抗菌性能研究

目的合成新型к-卡拉胶(к-CA)和黄原胶(XG)复合水凝胶,观测凝胶形貌、微结构和形成机制及其装载左氧氟沙星(LVFX)凝胶制剂的抗菌效果。方法利用溶胶-凝胶法合成к-CA/XG凝胶,使用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)以及流变学等手段观测к-CA/XG凝胶结构、性质性能等;采用自制的牛津杯法对比测试LVFX凝胶制剂的抗菌效果。结果获得了新型к-CA和XG复合水凝胶体系以及LVFX凝胶新剂型。新型凝胶形貌表现为带状纹理为主的多形态微结构,在流变学上凝胶的应力屈服值只有25pa,表现为弱凝胶的性质;к-CA/XG凝胶的形成机制是天然多糖分子链之间依靠氢键作用通过螺旋形成纤维束带状纹理结构;试验表明,空白凝胶没有抑菌作用,LVFX凝胶制剂的杀菌效能可达到对照标准的50%。结论新型к-CA/XG复合凝胶合成,方法简便、成本低廉,同时利用该复合凝胶获得了新型抗菌药物凝胶制剂。

κ-卡拉胶研究进展

结合作者的研究工作 ,综述了κ 卡拉胶 (KC)的化学结构、性质。