CN112391696B - 莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维及制备方法和应用 - Google Patents

莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于食品保鲜包装材料领域，具体涉及一种莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维及制备方法和应用。本发明采用米糠蛋白对莳萝精油进行包埋，制备成纳米粒子，接着以杏鲍菇多糖为基底，用静电纺丝技术制备莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维。本发明操作简单，将易挥发，不稳定的精油加入到一种“聚合物”中，可以保护精油免受环境、加工和食品条件的影响，可广泛应用于食品包装材料领域，解决了精油易挥发，不稳定及纳米颗粒在食品表明易扩散等缺点。

Description

莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维及制备方法和应用
技术领域
本发明属于食品保鲜包装材料领域，具体涉及一种莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维及制备方法和应用。
背景技术
莳萝(Dill)，又称土茴香，属伞形科植物，原产于地中海沿岸，其精油被广泛应用于香料行业和芳香疗法中。它的主要成分有香芹酮、丁子香酚、柠檬油精、松油精和肉豆蔻醚等，它有助于消化系统的治疗，具有非常好的消炎、抗过敏、杀菌功效，并且莳萝精油没有毒性、没有刺激性和过敏性。
然而莳萝精油易挥发，暴露在空气中不稳定，因此急需寻找有效的方法降低莳萝精油在使用过程中的挥发程度，延长其贮存期。近年来，蛋白质的递送作用及在疏水性生物活性物质中的包封作用，引起了广泛关注。米糠蛋白(Rice bran albumin)主要是由清蛋白和球蛋白构成，氨基酸组成全面，比例合适，且米糠蛋白中的疏水性氨基酸含量较高，内含疏水性空腔，可用于包封精油。它是一种植物蛋白，可以从丰富廉价的农副产品米糠中提取，且具独特的特性——低过敏性，高抗癌性，是一种优质的谷类蛋白质，有着广泛的应用前景。
然而，在食品表面喷洒纳米颗粒会导致扩散和不稳定，近年来，电纺纳米纤维被引入食品表面固定纳米粒子。静电纺丝是目前用于制备纳米纤维的新型加工技术，它将活性剂加入到一种“聚合物”中，可以保护活性剂免受环境、加工和食品条件的影响。其作用原理是施加高电压于毛细管处的纺丝液滴，随后滴液带电，当静电斥力抵消了表面张力，从而拉伸液滴在表面成丝。静电纺丝制备的纳米纤维膜相比可食用膜具有比表面积大、纳米级孔隙及活性化合物的高封装性等优点。可以纺丝溶剂很多，如聚环氧乙烯、聚乙烯醇及聚己内酯等，但聚合物应用于食品其安全性存在争议，目前研究热点是明胶和多糖等无毒无害的天然纺丝材料。
杏鲍菇多糖(Pleurotus eryngii polysaccharide，PEP)是杏鲍菇的主要活性成分，具有降血糖，增强肌体免疫功能，抗菌、抗病毒、抗肿瘤的作用。杏鲍菇多糖也被认为是一种具有生物活性的成膜材料，广泛应用于药品、保健品、食品及化妆品行业中。国内有一些关于杏鲍菇多糖的专利申请，中国专利CN109134690A 公开了一种超声波辅助杏鲍菇多糖提取工艺；中国专利CN107903332A公开了一种用超滤膜技术分离浓缩杏鲍菇多糖的工艺；中国专利CN108991531A公开了一种杏鲍菇多糖协同壳聚糖制备可食用薄膜的方法，其制备方法为流延法，关于以杏鲍菇多糖为基底，用静电纺丝技术制备抗菌纳米纤维的专利还未涉及。
因此，本发明用米糠蛋白对莳萝精油进行包埋，制备成纳米粒子，接着以杏鲍菇多糖为基底，用静电纺丝技术制备莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维，解决了精油易挥发，不稳定及纳米颗粒在食品表明易扩散等缺点，可广泛应用于食品包装材料领域。
发明内容
本发明的目的是公开一种莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维的制备及应用，通过米糠蛋白对莳萝精油进行包埋，制备成纳米粒子，接着以杏鲍菇多糖为基底，用静电纺丝技术制备莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维，解决了精油易挥发，不稳定及纳米颗粒在食品表明易扩散等缺点，可广泛应用于食品包装材料领域。
本发明所述抗菌纳米纤维的制备方法是：将莳萝精油加入米糠蛋白溶液中，连续磁力搅拌6h，然后离心取上清液，得到莳萝精油蛋白纳米粒子。然后向莳萝精油蛋白纳米粒子中加入聚环氧乙烷第二次磁力搅拌4h，最后加入杏鲍菇多糖第三次磁力搅拌12h，制得纺丝前驱体溶液，注射器吸取纺丝前驱体溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维。
所述米糠蛋白溶液，其制备方法为将米糠蛋白溶于磷酸盐缓冲溶液(PBS，0.1mol/L，pH＝7.4)中，60W超声30min。
所述离心条件为10000r/min，离心时间为20min，离心温度为25℃。
所述纺丝前驱体溶液中，米糠蛋白的添加浓度为2-4mg/mL，莳萝精油的添加浓度为3-5mg/mL。
所述纺丝前驱体溶液中，聚环氧乙烷的添加量为25-35mg/mL；杏鲍菇多糖的添加量为8-10mg/mL，磁力搅拌温度均为37℃。
所述静电纺丝电压为18kV-22kV，推进速率为0.3-0.5mL/h，空气湿度控制在30％以下。
本发明制得的纳米抗菌膜与现有技术相比具有以下优点：
(1)现有技术制备抗菌膜多用流延法，溶剂颗粒容易团聚，分散性差，本发明采用静电纺丝法制备抗菌膜，纤维均一性好，分散均匀。
(2)现有技术纺丝基底多为一些聚合物如聚乙烯醇等，应用于食品，其安全性存在争议，本发明以杏鲍菇多糖为基底，天然安全且与纤维膜各组分相容性好，同时还能起到协同抗菌的效果。
附图说明
图1为莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维膜扫描电镜图。
图2为莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维膜抗大肠杆菌效果图。
图3为莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维膜抗金黄色葡萄球菌效果图。
具体实施方式
通过下面实例说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护内容，不仅局限于此。
实施例1莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维的制备
莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维的制备方法
①将米糠蛋白(3mg/mL)溶于磷酸盐缓冲溶液(PBS，0.1mol/L，pH＝7.4)中， 60W超声30min备用。
②将莳萝精油(4mg/mL)加入米糠蛋白溶液中(3mg/mL)，连续磁力搅拌6h，然后在25℃下，10000r/min，离心20min取上清液为莳萝精油蛋白纳米粒子。
③然后根据总体积加入聚环氧乙烷(30mg/mL)磁力搅拌4h，最后加入杏鲍菇多糖(10mg/mL)磁力搅拌12h，磁力搅拌温度为37℃，制得纺丝前驱体溶液，进行静电纺丝。
④注射器吸取2mL纺丝前驱体溶液组装好并开始纺丝，静电纺丝电压为20kV，推进速率为0.4mL/h，空气湿度控制在30％以下，经纺丝后得到莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维
实施例2莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维的表征
1.实验仪器
扫描电子显微镜 COXEM EM30PLUS 北京天耀科技有限公司
2.实验方法
使用COXEM EM30PLUS扫描电子显微镜检查纳米纤维的形态。在真空下用Au/Pd混合物溅射不同的样品，且所有的扫描电镜实验在15kV下进行。
3.扫描电镜实验结果
扫描电镜图如图1所示，空白纯聚环氧乙烷纳米纤维(A)和莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维(B)都具有良好的成丝性，相较纯聚环氧乙烷纳米纤维，添加了莳萝精油/杏鲍菇多糖后的纤维的成丝性不如纯聚环氧乙烷的纤维，但不影响包装使用。
实施例3莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维抗大肠杆菌活性测定
1实验材料
抗菌剂：纯聚环氧乙烷纤维；
莳萝精油抗菌纳米纤维；
莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维
模式菌种：大肠杆菌(Escherichia coli)
2实验方法
1)静电纺丝纤维膜处理
按照实施例1制备纳米纤维，莳萝精油抗菌纳米纤维为基底材料中不加杏鲍菇多糖的纳米纤维，烘箱干燥4h。将膜切成2cm×2cm的规格并放置于紫外灯下灭菌处理2h以备用。
2)实验测定
50mL的离心管中加入15mL磷酸盐缓冲液灭菌处理，将空白聚环氧乙烷纤维膜，莳萝精油抗菌纳米纤维和莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维(灭过菌的 2cm×2cm(5mg)的纤维)分别置于含有大肠杆菌(约为105-6CFU/mL)的磷酸盐缓冲液中，离心管置于37℃的空气摇床中震荡反应。采用平板菌落计数法测定，分别在0.5、1、2、4和8h后取适量培养液进行10倍梯度稀释到102-103 CFU/mL，然后移取100μL稀释液滴到固体培养基上，涂布均匀之后放入37℃恒温恒湿培养箱中倒置培养。24h后进行平板菌落计数，从而对抗菌纳米纤维的抗菌活性进行评价。实验一式三份，结果取平均值。
3)实验结果
由图2清晰可知，莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维具有更好的抑菌效果，莳萝精油纳米纤维虽然有抗菌效果，但是基底加了杏鲍菇多糖的抗菌纳米纤维对大肠杆菌抗菌效果明显更好。
实施例4莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维膜抗金黄色葡萄球菌活性测定
1实验材料
抗菌剂：纯聚环氧乙烷纤维；
莳萝精油抗菌纳米纤维；
莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维
模式菌种：金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)
2实验方法
1)静电纺丝纤维膜处理
按照实施例1制备纳米纤维，莳萝精油抗菌纳米纤维为基底材料中不加杏鲍菇多糖的纳米纤维，烘箱干燥4h。将膜切成2cm×2cm的规格并放置于紫外灯下灭菌处理2h以备用。
2)实验测定
50mL的离心管中加入15mL磷酸盐缓冲液灭菌处理，将空白聚环氧乙烷纤维膜，莳萝精油抗菌纳米纤维和莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维(灭过菌的 2cm×2cm(5mg)的纤维)分别置于含有金黄色葡萄球菌(约为105-6CFU/mL) 的磷酸盐缓冲液中，离心管置于37℃的空气摇床中震荡反应。采用平板菌落计数法测定，分别在0.5、1、2、4和8h后取适量培养液进行10倍梯度稀释到102-103 CFU/mL，然后移取100μL稀释液滴到固体培养基上，涂布均匀之后放入37℃恒温恒湿培养箱中倒置培养。24h后进行平板菌落计数，从而对抗菌纳米纤维的抗菌活性进行评价。实验一式三份，结果取平均值。
3)实验结果
由图3清晰可知，莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维具有更好的抑菌效果，莳萝精油纳米纤维虽然有抗菌效果，但是基底加了杏鲍菇多糖的抗菌纳米纤维对金黄色葡萄球菌抗菌效果明显更好。

Claims (4)

1.莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维的制备方法，其特征在于：用米糠蛋白对莳萝精油进行包埋，制备成纳米粒子，接着以杏鲍菇多糖为基底，用静电纺丝技术制备莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维，具体步骤如下：将莳萝精油加入米糠蛋白溶液中，连续磁力搅拌后离心取上清液，得到莳萝精油蛋白纳米粒子；然后加入聚环氧乙烷第二次磁力搅拌后加入杏鲍菇多糖第三次磁力搅拌，制得纺丝前驱体溶液，注射器吸取纺丝前驱体溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维；
所述纺丝前驱体溶液中，米糠蛋白的浓度为2-4mg/mL，莳萝精油的添加浓度为3-5mg/mL；所述纺丝前驱体溶液中，聚环氧乙烷的添加量为25-35mg/mL；杏鲍菇多糖的添加量为8-10mg/mL，磁力搅拌温度均为37℃；所述静电纺丝电压为18kV-22kV，推进速率为0.3-0.5mL/h，空气湿度控制在30％以下。
2.如权利要求1所述的莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维的制备方法，其特征在于，连续磁力搅拌的时间为6h，第二次磁力搅拌时间为4h，第三次磁力搅拌时间为12h。
3.如权利要求1所述的莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述米糠蛋白溶液的制备方法为：将米糠蛋白溶于磷酸盐缓冲溶液中，60W超声30min，磷酸盐缓冲溶液的浓度为0.1mol/L，pH＝7.4。
4.如权利要求1所述的莳萝精油/杏鲍菇多糖抗菌纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述离心条件为10000r/min，离心时间为20min，离心温度为25℃。
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