CN111068596A - 一种自组装纳米球及其制备方法和应用 - Google Patents

一种自组装纳米球及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自组装纳米球及其制备方法和应用，属于食品保鲜技术领域，该自组装纳米球以药物为核层，以壳聚糖修饰的氧化石墨烯为壳层；该制备方法包括：将药物浸渍于氧化石墨烯分散液中，超声，冷冻干燥，形成纳米颗粒；将纳米颗粒浸渍于壳聚糖乙醇溶液，冷冻干燥，得到纳米球；将纳米球重复浸渍于氧化石墨烯分散液与壳聚糖乙醇溶液中，冷冻干燥，得到多层包覆的纳米球；将多层包覆的纳米球浸渍于光敏交联剂中，冷冻干燥后经紫外线照射，得到自组装纳米球。本发明所制备的自组装纳米球能够包覆多种疏水性药物或挥发性植物精油，实现对药物的选择性释放以及对药物释放速率的精准调控。

Description

一种自组装纳米球及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及食品保鲜技术领域，具体涉及一种自组装纳米球及其制备方法和在制备缓释食品保鲜剂的应用。
背景技术
我国是农业生产大国，果蔬资源非常的丰富，但由于果蔬普遍水分含量高，属于新鲜易腐食品，贮藏和货架期间容易收到病原菌的侵染而腐烂变质；目前，生产中除常采取的机械冷藏、气调贮藏和冷链物流运输外，对果蔬产品辅以杀菌处理更能延长果蔬保鲜期。
其中，植物中提取的植物精油类天然杀菌物质由于植物中含量少，提取工艺复杂；相较于成本高的植物精油用作杀菌剂，工艺成熟简单、无毒无害的化学杀菌剂更容易获得了消费者认可；然而，无论是天然的植物精油还是化学杀菌剂都具有挥发性，在浓度高时有些会具有浓烈或者刺激性气味；因而，开发具有缓慢释放特征的果蔬杀菌保鲜剂，利用其缓释特性延长杀菌物质的作用时间、提高杀菌效果。
公开号为CN109548864A公开了一种缓释型果蔬杀菌保鲜剂的制备方法，所述的制备方法包括：将啤酒干酵母加入一定量的蒸馏水中活化，加入适量的牛至精油，搅拌一定时间，牛至精油通过渗透扩散作用进入酵母细胞内部，形成微胶囊，然后离心，将沉淀物真空抽滤，并用无水乙醇洗涤滤渣，洗去未被包埋的牛至精油，将滤渣真空冷冻干燥，得到能缓慢释放牛至精油的缓释型果蔬杀菌保鲜剂。该缓释型果蔬杀菌保鲜剂在使用时是用透气的无纺布袋封装，与果蔬一起放置，使得果蔬接触到的牛至精油的量不统一，抑菌效果不均衡。
公开号为CN108185271A公开了一种缓释型农产品保鲜防腐剂的制备方法，包括如下步骤：(1)交联淀粉的制备：步骤1：将Span60和Tween60用环己烷溶解，得到油相作为芯材；步骤2：将马铃薯淀粉用氢氧化钠溶液溶解，然后加入交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺，得到淀粉溶液作为壁材；步骤3：将淀粉溶液加入油相，乳化后，依次加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠，加热反应，得到交联淀粉；(2)微胶囊化：按孜然精油:交联淀粉＝(2～7):1ml/g，将孜然精油加入到步骤(1)制备的交联淀粉中，振荡，得到微胶囊化的缓释型农产品保鲜防腐剂；但是由于微囊化技术的成本高，并且用作壁材的相当一部分材料不属于食品添加剂的范畴，所以微囊化技术在食品工业领域被无法广泛应用。
发明内容
本发明提供了一种自组装纳米球，所述自组装纳米球对其包覆的药物具有良好的缓释作用，可用作果蔬缓释保鲜剂。
一种自组装纳米球，所述的自组装纳米球为以药物为核，以壳聚糖修饰的氧化石墨烯为壳的核壳结构复合纳米球；所述的自组装纳米球的尺寸范围为10nm-300nm。
所述的氧化石墨烯具有特殊的正六边形网状结构，对其包覆的药物具有阻隔效应，能够控制负载物的释放速率，选择性的透过直径为0.5-2nm的药物。
所述的药物为疏水性药物或挥发性植物精油；所述的疏水性药物为喜树碱及其衍生物、紫杉醇、阿霉素、硼替佐米或硝普钠中的一种或几种。
由于，氧化石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角形呈蜂巢晶格的单原子层的平面薄膜，其比表面积高达2600m2/g，约为常规活性炭的1.5-2倍，可用作小分子物质的载体，但是其溶解性和不稳定性限制了氧化石墨烯的应用范围。
壳聚糖作为带正电荷的高分子多糖可与带有负电荷的氧化石墨烯静产生静电作用形成聚电解质复合物；聚电解质复合物中的氧化石墨烯通过分子中羟基、羧基与壳聚糖中的氨基形成氢键，为氧化石墨烯提供了稳定作用，使得氧化石墨烯与壳聚糖可自组装纳米球；同时由于壳聚糖中存在亲水基团，使得自组装纳米球具有成膜性和生物粘附性，进一步提高了自组装纳米球的负载能力。
本发明还提供了一种自组装纳米球的制备方法，所述的制备方法绿色环保、操作简单。
一种自组装纳米球的制备方法，包括：
(1)将药物浸渍于氧化石墨烯分散液中，超声，冷冻干燥，形成纳米颗粒；
(2)将纳米颗粒浸渍于壳聚糖乙醇溶液，冷冻干燥，得到纳米球；
(3)将纳米球依次浸渍于氧化石墨烯分散液与壳聚糖乙醇溶液中，重复若干次，冷冻干燥，得到多层包覆的纳米球；
(4)将多层包覆的纳米球浸渍于光敏交联剂中，冷冻干燥后经紫外线照射，得到自组装纳米球。
步骤(1)中，所述的药物与氧化石墨烯的质量比为1:1-5。
由于氧化石墨烯具有极大的比表面积，负载能力强，所述的氧化石墨烯分散液的浓度为0.1-0.5g/L。
超声处理能够改变石墨烯结构的孔径直径大小，选择性的透过其包覆的药物，优选的，所述的超声处理条件为超声频率20-40kHz，超声功率250-300W，超声处理时间为20-60min(工作1min，停止1min)。
优选的，步骤(2)中，由于壳聚糖乙酸溶液带的正电荷与带有负电荷的氧化石墨烯通过静电作用生成了聚电解质复合物，同时氧化石墨烯中的羟基、羧基与壳聚糖中的氨基形成氢键，自组装成纳米颗粒，所述的壳聚糖乙酸溶液的浓度为10-50mg/L，所述的浸渍时间10-30min。
通过多层叠加氧化石墨烯与壳聚糖的层数，进一步控制负载药物的释放速率，步骤(3)中，所述的重复的次数为5-10次。
步骤(4)中，所述的光敏交联剂为4，4’-二氨基二苯基二苯乙烯-2，2’-二磺酸(DAS)；优选的，所述的浸渍时间为15-45min。
将多层包覆的纳米球在光敏交联剂浸渍后置于紫外灯下辐照，进一步促进纳米球中氧化石墨烯中的羧基、羟基与壳聚糖中的氨基形成分子间氢键，组成交联网络，提高纳米球的稳定性，所述的紫外线照射时间为20-40min。
为了加快体系中溶剂的蒸发速度，所述的冷冻干燥的温度为0℃～-25℃；所述的冷冻干燥的气压为0.8-2MPa。
本发明还提供了一种自组装纳米球的应用，所述自组装纳米球中的氧化石墨烯和壳聚糖中存在多个羟基和羧基等亲水性基团，是自组装纳米球具有良好的生物相容性、水溶性和成膜性，在使用过程中自组装纳米球可以水化成膜，附着与果蔬表面，使其包覆的药物或精油选择性缓慢释放，起到维持果蔬采后品质的作用。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的自组装纳米球对其负载的药物具有缓释功能，能够实现药物内核的选择性释放和释放速率的精准调控。
(2)本发明提供的自组装纳米球由于氧化石墨烯和壳聚糖中羟基和羧基等亲水性基团的存在包覆了多种疏水性药物或挥发性植物精油，可用于维持果蔬采后品质，抑制果蔬储藏期间的呼吸作用，延长果蔬的货架期。
(3)本发明提供的自组装纳米球的制备方法，克服了片层石墨烯载药复合物的缺点，分散性好，操作简单，易于工业放大。
附图说明
图1为本发明实施例1中所述的硝普钠自组装纳米球的扫描电镜图。
图2为本发明实施例1中所述的硝普钠自组装纳米球在青芒果保鲜中的作用示意图；其中，A图为青芒果贮藏期间冷害指数统计图；B图青芒果贮藏期间呼吸强度统计图；C图为青芒果贮藏期间膜透性统计图；D图为青芒果贮藏期间丙二醛(MDA)含量的变化统计图。
图3为本发明实施例2中所述的丁香精油自组装纳米球的扫描电镜图。
图4为本发明实施例2中所述的丁香精油自组装纳米球中丁香精油的释放速率统计图。
图5为本发明实施例2中所述的丁香精油自组装纳米球在水蜜桃贮藏期间的作用示意图；其中，A图为水蜜桃贮藏期间的乙烯释放率统计图；B图为水蜜桃贮藏期间的硬度统计图；C为水蜜桃贮藏期间的维持总可溶性固形物(TSS)统计图；D图为水蜜桃贮藏期间的可滴定酸(TA)的变化统计图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明,其目的在于更为具体、清晰地阐述本发明的内容而非限制本发明的保护范围。
实施例1
1、将硝普钠(SNP)加入0.3g/L氧化石墨烯纳米颗粒分散液，在频率30KHz、功率250W的超声条件下20min，冷冻干燥，制成纳米颗粒；
2、将纳米颗粒浸入30mg/L壳聚糖乙酸溶液10min，冷冻干燥，得到纳米球；
3、将步骤2得到的纳米球重复浸步骤1-2，共重复10次，得到多层包覆的纳米球；
4、将多层包覆的纳米球浸入4，4’-二氨基二苯基二苯乙烯-2，2’-二磺酸溶液(DAS)20min，冷冻干燥，紫外辐照30min，制备得硝普钠自组装纳米球(Self-assemblednanospheres of SNP,SAN-SNP)。
5、将青芒果放置于密闭容器类，1℃贮藏，将硝普钠自组装纳米球水化成膜，封于容器口。
对照组：以硝普纳(SNP)处理的青芒果。
空白组：未经任何处理的青芒果。
如图1所示，本实施例中所述的硝普钠自组装纳米球300nm下的电镜扫描图，其中，自组装纳米球对于硝普钠的包埋率为45.35％，负载率为26.66％。
如图2所示，A图为青芒果贮藏期间冷害指数统计图；B图青芒果贮藏期间呼吸强度统计图；C图为青芒果贮藏期间膜透性统计图；D图为青芒果贮藏期间丙二醛(MDA)含量的变化统计图；经过SNP和SAN-SNP处理后显著降低了青芒果的冷害指数，抑制了青芒果在贮藏期间的呼吸作用，如减少了MDA的积累，抑制了膜透性的增加；在青芒果贮藏6天后，相对于SNP组，SAN-SNP处理后的青芒果具有更显著地抑制冷害的效果，由于硝普纳自组装纳米球膜能有效延缓NO的释放，在长期贮藏过程中抑制青芒果冷害的发生，维持青芒果品质。
实施例2
1、采用离子凝胶法配置丁香精油乳液；
2、将步骤1得到的丁香精油乳液，加入0.5g/L氧化石墨烯纳米颗粒分散液，频率30KHz、功率250W的超声条件下超声30min，冷冻干燥，制成纳米颗粒；
3、将纳米颗粒浸入20mg/L壳聚糖乙酸溶液10min，冷冻干燥，得到纳米球；
4、将步骤3得到的纳米球重复步骤2-3，共5次，得到多层包覆的纳米球；
5、将多层包覆的纳米球浸入4，4’-二氨基二苯基二苯乙烯-2，2’-二磺酸溶液(DAS)15min，冷冻干燥，紫外辐照20min；
6、将水蜜桃放置于密闭容器类，采用尼龙布袋装入丁香精油自组装纳米球，悬于容器上方。
对照组：丁香精油(Clove essential oil,clove EO)处理过的水蜜桃。
空白组：未经任何处理的水蜜桃。
如图3所示，本实施例所制备的丁香精油自组装纳米球在300nm下的电镜扫描图，其中，丁香精油自组装纳米球对于丁香精油的包埋率为41.36％，负载率为20.54％。
如图4所示，在4℃丁香精油自组装纳米球中丁香精油的释放速率始终低于纯丁香精油的释放速率，当进行到第25天时，已经有超过75％的纯丁香精油挥发，而丁香精油自组装纳米球中仅有48％的丁香精油挥发，这说明本实施例所制备的丁香精油自组装纳米球能有效的控制丁香精油的释放速度，延长丁香精油的挥发时间。
如图5所示，A图为水蜜桃贮藏期间的乙烯释放率统计图；B图为水蜜桃贮藏期间的硬度统计图；C为水蜜桃贮藏期间的维持总可溶性固形物(TSS)统计图；D图为水蜜桃贮藏期间的可滴定酸(TA)的变化统计图；实验结果表明，如图5-A所示，未经过任何处理的水蜜桃的乙烯释放率和呼吸速率都比较快；而经过丁香精油、丁香精油自组装纳米球处理后可抑制水蜜桃乙烯释放率和呼吸速率，其中丁香精油自组装纳米球对于抑制水蜜桃的乙烯释放率和呼吸速率效果更明显。
如图5-B所示，随着时间的延长未经任何处理的水蜜桃逐渐变软腐烂，第28天后，其硬度仅为最初的1/2；而经过丁香精油处理后的水蜜桃能保持较好的硬度，丁香精油自组装纳米球处理过的水蜜桃在第28天时，其硬度仅减少了1/6。
如图5-C、5-D所示，随着实验的进行，未经任何处理的水蜜桃中的维持总可溶性固形物(TSS)与可滴定酸(TA)在逐渐的减少；在贮藏前期，丁香精油组效果最佳，但是在贮藏后期丁香精油组的效果差于丁香精油自组装纳米球处理组，实验结果表明，自组装纳米球能够显著延缓丁香精油的释放，在长期贮藏过程中维持水蜜桃的品质。

Claims (10)

1.一种自组装纳米球，其特征在于，所述的自组装纳米球为以药物为核，以壳聚糖修饰的氧化石墨烯为壳的纳米级核壳结构。
2.根据权利要求1所述的自组装纳米球，其特征在于，所述的自组装纳米球的直径为10nm-300nm。
3.根据权利要求1所述的自组装纳米球，其特征在于，所述的药物为疏水性药物或挥发性植物精油。
4.一种根据权利1-3任一项所述的自组装纳米球的制备方法，包括：
(1)将药物浸渍于氧化石墨烯分散液中，超声，冷冻干燥，形成纳米颗粒；
(2)将纳米颗粒浸渍于壳聚糖乙醇溶液，冷冻干燥，得到纳米球；
(3)将纳米球依次浸渍于氧化石墨烯分散液与壳聚糖乙醇溶液中，重复若干次，冷冻干燥，得到多层包覆的纳米球；
(4)将多层包覆的纳米球浸渍于光敏交联剂中，冷冻干燥后经紫外线照射，得到自组装纳米球。
5.根据权利要求4所述的自组装纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的药物与氧化石墨烯的质量比为1:1-5。
6.根据权利要求4或5所述的自组装纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的氧化石墨烯分散液的浓度为0.1-0.5g/L。
7.根据权利要求4所述的自组装纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的壳聚糖乙酸溶液的浓度为10-50mg/L。
8.根据权利要求4所述的自组装纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的光敏交联剂为4，4’-二氨基二苯基二苯乙烯-2，2’-二磺酸；所述的浸渍时间为15-45min。
9.根据权利要求4所述的自组装纳米球的制备方法，其特征在于，所述的紫外线照射时间为20-40min。
10.一种根据权利要求1-3任一项所述的自组装纳米球在制备缓释食品保鲜剂的应用。
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