山楂果胶水凝胶的制备、表征及应用

作     者：卜恺璇 

作者单位：山东农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱传合

授予年度：2023年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083201[工学-食品科学] 

主      题：山楂果胶 水凝胶 大豆分离蛋白 超声-微波技术 包埋递送 

摘      要：山楂果胶具有独特的结构,拥有较高比例的同型半乳糖醛酸(HG)结构域,相对分子质量大,并具有良好的粘度特性、安全性、生物相容性和生物降解性。这些特性使其在果胶中独树一帜,并赋予其优异的流变特性以及出色的凝胶性能,具有在多领域广泛应用的潜力。除此之外,山楂果胶具有优良的亲水性,能够应用于水凝胶材料合成。基于此,本论文利用山楂果胶制备一系列水凝胶,并研究合成水凝胶的物理性质和生物相容性;在体系中引入大豆分离蛋白(SPI)以优化凝胶性能,考察蛋白质-果胶复合水凝胶是否能够结合各自的优势形成更稳定的互穿网络(IPN),从而具备高效率的包埋递送能力;最后研究不同的处理方式对水凝胶体系的凝胶特性以及活性物质释放行为的影响。论文的主要研究内容及结果如下:(1)低甲氧基山楂果胶的提取及单一水凝胶制备研究本研究利用热水浸提法和碱法脱酯得到高分子量、低侧链含量、高HG构型、高热稳定性和对Ca敏感的低甲氧基山楂果胶(LMHP),具有良好凝胶特性的结构基础。因此根据这一特性设计合成了山楂果胶基单一水凝胶,并研究了不同果胶浓度、Ca浓度和p H的影响。结果表明,在p H为3.5、果胶浓度2.5%、Ca浓度为2 mmol/L条件下山楂果胶基水凝胶硬度普遍在20 g以上,并且表现出较强的抗剪切应力。傅里叶红外图谱(FTIR)证实单一水凝胶维持网络结构的关键是氢键连接,溶胀度测试表明LMHP基水凝胶在模拟胃肠液中呈现较好的溶胀性,其微观结构的孔隙均匀致密。因此,山楂果胶能够制备具有良好机械性能、溶胀性、均匀网络结构的三维纳米水凝胶,验证了它作为一种新型水凝胶原材料的潜力。(2)大豆分离蛋白/山楂果胶复合水凝胶制备及性能表征通过互穿网络技术和浊度测试,将SPI引入到山楂果胶为基础的体系中,成功设计并构建出SPI/LMHP互穿网络水凝胶(SHIH)。复合水凝胶在蛋白质与果胶混合比2:1、p H为3.35、Ca浓度15 mmol/L时具有最稳定的状态,通过扫描电镜(SEM)观察到SHIH均匀分布的多孔形态,相较于单一果胶水凝胶的孔径有明显的缩小趋势。此外,机械性能测试证明SHIH具有优异的硬度和弹性,为姜黄素在孔径中的封装提供结构基础。包封实验结果表明,包埋在SHIH中的姜黄素可以顺利通过模拟胃环境,在模拟肠液中缓慢释放,释放后的姜黄素仍具有良好的活性和抗氧化能力。(3)超声-微波技术对SHIH的凝胶特性以及生物利用率的影响本研究采用超声-微波技术制备复合水凝胶。低频核磁和持水力测试结果证明,在超声和微波作用下,SHIH体系的保水能力显著提高,凝胶结构中结合水的比例逐渐上升。经过超声微波联合处理后的SHIH(UMSHIH)的凝胶硬度升高到347 g,拥有更加致密的网络结构,展现出对不良环境更加优异的抵御能力,能够更好保持姜黄素的抗氧化活性,提高其在肠道中的吸收和利用。姜黄素在UMSHIH中的释放情况与Korsmeyer-Peppas模型拟合良好,表现为水凝胶溶胀造成的药物释放。本论文探究的大豆分离蛋白/山楂果胶互穿网络水凝胶体系具有稳定的三维网络结构,优异的机械性能和生物相容性,在保护功能活性成分具有显著的作用,为其作为可食用载体在药物包埋递送方面提供理论基础,为其进一步作为优质载药材料提供实验数据支持。