由没食子酸辛酯与内生NO型环糊精介导的高效保鲜纳米纺丝膜及其制备方法和应用与流程

由没食子酸辛酯与内生no型环糊精介导的高效保鲜纳米纺丝膜及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及食品防腐保鲜膜领域，具体涉及由没食子酸辛酯(og)与内生no型环糊精(no
‑
cd)介导的超高效多功能纳米静电纺丝食品保鲜膜，特别适合应用于水产品保鲜。


背景技术：

2.近年来，随着抗生素被滥用导致细菌的耐药性增强，因此开发新型的非抗生素类杀死或者抑菌剂的任务迫在眉睫。一氧化氮(nitric oxide,no)是血管内皮释放的重要信号和功能分子，广泛参与调节各种生理过程。此外，no还是一种有效的抗菌和抗病毒剂。no诱导亚硝化和氧化应激直接修饰膜蛋白，被认为在抗菌方面起着至关重要的作用。这种活性物质可能包括no自由基(no
·
)、二氧化氮(no2·
)、三氧化二氮(n2o3)和过氧亚硝酸盐(onoo
·
)。这些氧化剂通过自由基诱导dna链断裂，促进脂质过氧化，这种现象能够杀死癌细胞和细菌。在抗菌应用中，no不仅能够有效的杀死单一菌株，而且能够杀死混合微生物菌株。因此，no被认为是抗癌和抗微生物的潜在治疗剂。然而，目前研究的no供体还存在诸多不足，如生物相容性差、no负载量低、控释缓释效果不佳等。为了实现no的可控释放，充分发挥其优异的长效控菌优势，人们开始尝试制备各种no供体，一个理想的no释放的大分子载体将是多功能的，并由多个no供体组成，以实现一个理想的no有效载荷。
3.环糊精(cds)是由某种细菌(如工业上用软化芽孢杆菌bacillus macerans)转化淀粉而产生的环状葡萄糖低聚物。环糊精的结构整体呈现锥形圆柱体，它们是具有亲水性外表面和亲脂中心腔的甜甜圈状分子，最常见的环糊精为α
‑
环糊精，β
‑
环糊精和γ
‑
环糊精，是常见的食品添加剂。空腔由氢原子和糖苷氧桥排列，糖苷氧桥的非成键电子对定向于腔内，产生较高的电子密度，并具有一定的lewis碱特性。在水溶液中，环糊精可以通过把一些脂溶性药物的部分溶于中心腔内，改善其水溶性。在化学修饰后，由此产生的cd衍生物可以被赋予新的特性，它们作为多功能纳米载体的潜在用途一直备受关注，同时它们又保持了母体cd对客体分子的封装能力。s
‑
亚硝基硫醇
‑
环糊精(sno
‑
cd)将是多重生物功效的大分子支架，既可以结合no释放的能力，同时由于cd腔体选择性包封各类活性小分子而被赋予多样的生物学活性。
4.酚酸类化合物具有广泛的生理活性和广谱抑菌特性，如抑菌、抗病毒、抗氧化、抗肿瘤、抗自由基和抗血小板聚集作用等，还可以有效防止氧化损伤，有助于预防心脑血管疾病、神经疾病和癌症等疾病，在食品、医药等领域具有巨大的应用潜力。本课题组长期致力于多酚的改性与功能开发研究，我们的研究表明，酚酸与烷基醇共价接枝后产生的酚脂，具有较对应酚酸更强的生物活性，如更强的抗氧与抑菌效果，可被用于提升食品安全与品质，优化食品加工过程。其中，没食子酸辛酯(octyl gallate，og)，为天然酚酸类物质没食子酸(3,4,5－三羟基苯甲酸)的烷基衍生物，兼具良好的抗氧化与抑菌效果。
5.静电纺丝是一种操作简单，可以连续制备聚合物纳米纤维的技术，因其制备的纳米纤维膜有孔隙率高、比表面积大和易于回收的优点，被广泛应用于多个研究领域，近年
来，其在功能性食品包装中的应用也备受关注。根据现有研究已发现，利用纳米静电纺丝技术制成的的没食子酸辛酯介导的多功能性食品保鲜纳米包装材料不仅抑菌、抗氧化性能良好，且具有可食用性，能够作为营养物质、功能性成分的载体，安全稳定高效，应用范围广。例如，作为多功能食品保鲜材料，本发明在保障优异的食品保鲜功能基础上，被人食用吸收后不仅不会对人体产生毒害作用，还能够为人体提供一定的营养价值；在医学制药领域，使用本发明制作胶囊等包装材料，可以使内容药剂在人体中缓慢释放，从而提高安全性、延长药物作用时间，从而起到更佳的治疗效果；在环保方面，本产品属于纳米材料，原料天然，经纳米静电纺丝技术处理后可降解，对环境、生物友好，绿色环保。
6.鲟鱼卵营养丰富，富含人体必需的各种氨基酸和高度不饱和脂肪酸、无机盐、维生素a、b、和d，以及钙、铜、镁、铁和硒等微量元素。以鲟鱼卵加工制作的鱼子酱是一种国际消费市场公认的顶级食品，因其供应量较少，价格昂贵，一直有“黑黄金”的美誉，但由于其富含蛋白质和高不饱和脂肪酸，容易受到食源性细菌和氧化的影响，开罐后的新鲜鱼子酱保质期极短，极其容易腐败。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于解决现有技术中的不足之处，本发明的目的是提供一种由没食子酸辛酯(og)与内生no型环糊精(no
‑
cd)介导的超高效多功能纳米静电纺丝食品保鲜膜的制备方法和其在水产食品保鲜中的应用。
8.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，一种由没食子酸辛酯与内生no型环糊精介导的高效保鲜纳米纺丝膜的制备方法，包括以下步骤：
9.s1.通过共价修饰天然环糊精的方法制备内生no型环糊精；
10.s2.将内生no型环糊精与没食子酸辛酯进行混合，得到没食子酸辛酯/内生no型环糊精超分子包合物溶液；
11.s3.将没食子酸辛酯/内生no型环糊精超分子包合物溶液，通过静电纺丝技术加工成超高效多功能纳米静电纺丝膜。
12.该超高效多功能纳米静电纺丝膜可应用于鲟鱼鱼子酱的贮藏与保鲜。
13.步骤s1中，通过共价修饰天然环糊精的方法制备内生no型环糊精，具体包括：
14.s1.1将环糊精和氯化锂溶解于n,n
‑
二甲基苯胺(dma)中，向体系中加入三乙胺和对甲苯磺酰氯，搅拌反应，丙酮沉淀，过滤并洗涤沉淀，真空除残留溶剂；
15.s1.2将步骤s1.1产物与氯化锂加入n,n
‑
二甲基苯胺(dma)中，继续加入三乙胺和乙二硫醇，氮气保护下，50～70℃搅拌过夜，丙酮沉淀，过滤并洗涤沉淀；然后将其重悬在含有二硫苏糖醇和三乙胺的n,n
‑
二甲基苯胺(dma)中，搅拌；过滤并洗涤沉淀，真空除溶剂；
16.s1.3将步骤s1.2产物洗后重悬在dma/甲醇中，加入亚硝酸叔丁酯，搅拌反应，反应结束后，使用甲醇沉淀，过滤并洗涤沉淀，真空除溶剂，制得内生no型环糊精(no
‑
cd)，储存在
‑
20℃备用。
17.进一步优选，将β
‑
环糊精和氯化锂溶解在dma中搅拌过夜，冰水浴中向体系中加入三乙胺和对甲苯磺酰氯，搅拌过夜。丙酮沉淀，过滤，用适量甲醇、去离子水和丙酮清洗，真空除残留溶剂。将上述产物与氯化锂加入dma中，加入三乙胺和乙二硫醇，氮气保护下，60℃搅拌过夜，反应结束后，丙酮沉淀，过滤并用甲醇和丙酮清洗。然后将其重悬在含有二硫苏
糖醇和三乙胺的dma中，室温下搅拌合适时间；过滤后，用甲醇和丙酮清洗，真空除溶剂。继续重悬在dma/甲醇中，加入亚硝酸叔丁酯，室温下搅拌15小时；反应结束后，使用甲醇沉淀，过滤后，用丙酮和二乙醚洗涤，真空除溶剂，制得内生no型环糊精(no
‑
cd)，储存在
‑
20℃备用。
18.环糊精(cds)的络合作用为提高化合物的水溶性、溶出率、生物利用率和稳定性提供了一条简便、安全的途径。环糊精是一种环状低聚糖，具有疏水内部和亲水外部的截锥结构。环糊精的疏水腔可以含有非极性客体分子，而它的亲水性外部可以使客体分子在水中溶解。母体环糊精包括α
‑
环糊精(α
‑
cd)、β
‑
环糊精(β
‑
cd)和γ
‑
环糊精(γ
‑
cd)，分别由6个、7个、8个α
‑
(1,4)糖苷键连接葡萄糖亚基组成。
19.作为优选，β
‑
cd或羟丙基
‑
β
‑
cd，作为最容易获得和最便宜的cds，由于其合适的腔径和体积在食品、医药、化妆品等领域得到了广泛的应用。
20.所述的环糊精可以是α
‑
环糊精(α
‑
cd)、β
‑
环糊精(β
‑
cd)、γ
‑
环糊精(γ
‑
cd)和羟丙基β
‑
环糊精(hp
‑
β
‑
cd)。环糊精与氯化锂的质量比在0.25～1；对甲苯磺酰氯与环糊精的质量比在1～10；1,2
‑
乙二硫醇与环糊精的质量比在1～3；亚硝酸叔丁酯与环糊精的质量比在0.3～6。洗涤沉淀时使用的溶解为：甲醇、丙酮或乙醚。
21.环糊精与对甲苯磺酰氯在0～5℃反应20～24h，即步骤s1.1中，搅拌反应的条件为：在0～5℃反应20～24h。
22.与亚硝酸叔丁酯在20～25℃反应10～20h。即步骤s1.3中，搅拌反应的条件为：20～25℃反应10～20h。
23.作为优选，步骤s2中，将内生no型环糊精与没食子酸辛酯进行混合，得到没食子酸辛酯/内生no型环糊精超分子包合物溶液，具体包括：
24.将内生no型环糊精(no
‑
cd)溶解在水中，再将没食子酸辛酯(og)按照合适的比例(1:1、1:0.5、1:0.25，og:no
‑
cd mol：mol)与上述no
‑
cd水溶液混合，获得og/no
‑
cd
‑
ic溶液(即没食子酸辛酯/内生no型环糊精超分子包合物溶液)。
25.所述的内生no型环糊精与没食子酸辛酯的摩尔比为0.25～1：1
26.步骤s3中，将没食子酸辛酯/内生no型环糊精超分子包合物溶液，通过静电纺丝技术加工成超高效多功能纳米静电纺丝膜，具体包括：
27.将没食子酸辛酯/内生no型环糊精超分子包合物溶液搅拌18～30小时(优选24小时)，将需要进行静电纺丝的溶液注入装配有单针头的注射器中，在高压电场作用下进行静电纺丝，制备出的复合纳米纤维膜在常温下置于真空烘箱中放置24h后即得所述的纳米静电纺丝膜。
28.静电纺丝过程的温度为25℃，相对湿度为25％，流速调节为0.9ml/h，附加电压为15kv，针头尖端到导电收集装置的垂直距离为10cm，采用铝箔作为导电收集装置。
29.静电纺丝技术的条件为：流速调节为0.6～1.2ml/h，附加电压为12～18kv，针头尖端到导电收集装置的垂直距离为5～15cm，采用铝箔作为导电收集装置。纤维聚集在铝箔上，在高压电源外加电压环境下，喷射出纳米静电纺丝，并堆积成膜。
30.最优选的，流速调节为0.9ml/h，附加电压为15kv，针头尖端到导电收集装置的垂直距离为10cm，采用铝箔作为导电收集装置。
31.本发明还提供了上述由没食子酸辛酯(og)与内生no型环糊精(no
‑
cd)介导的纳米
静电纺丝食品保鲜膜在鲟鱼鱼子酱的贮藏与保鲜中的应用。
32.优选地，所述的超高效抑菌纳米静电纺丝多功能食品保鲜膜作为鲟鱼鱼子酱加工过程的包装材料，用于鲟鱼鱼子酱的保鲜贮藏。本发明将该纳米静电纺丝多功能食品保鲜膜附于鲟鱼鱼子酱外包装的内表面，有效的解决了鲟鱼鱼子酱易被氧化、易腐的难点。保证了鲟鱼鱼子酱成品的货架期，所得产品色泽优良，口感细腻且无不良风味。
33.所述的超高效多功能纳米静电纺丝食品保鲜膜在鲟鱼鱼子酱保鲜中的应用。所述的超高效多功能纳米静电纺丝食品保鲜膜在鲟鱼鱼子酱保鲜中的应用。
34.进一步优选，所述的加工过程包括：
35.(1)选料：选适合的性腺发育的雌性鲟鱼作为亲鱼取卵，卵径在2～8mm以上。
36.(2)取卵、鱼籽分离：将亲鱼放入5～8℃的冰水中浸泡30～60min，冰麻醉亲鱼又可对鱼卵进行体外定形，方便取出；将卵巢从腹部取出，对着消毒过的筛网挤压卵巢，获得鱼籽。
37.(3)漂洗：冰水反复漂洗直至搅动鱼籽后水清时止。
38.(4)挑选：沥干水份，挑出杂质。
39.(7)保鲜剂处理：将鱼籽按等级分类，将新鲜的鱼子贮藏于消毒的、且内表面附有所述的超高效多功能纳米静电纺丝食品保鲜膜的包装储罐中，排完空气密封后冷藏保存，冷藏保存的温度为
‑
2～2℃。能够有效防止鱼子在后续加工过程中发生破碎或脱水萎缩而影响成品价值。
40.(8)上述方法所得产品贮藏期达到6～12月。
41.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
42.(1)本发明采用内生no型环糊精(no
‑
cd)作为no自由基的载体，不仅可以提供长效缓释no自由基，使其表现出卓越的抑菌和抗生物被膜的特性；同时又保持了母体cd对客体分子的封装能力，由于cd腔体选择性包封各类活性小分子而被赋予多样的生物学活性。该物质将有望被广泛应用于食品、医院和环境等领域。
43.(2)本发明采用内生no型环糊精(no
‑
cd)对没食子酸辛酯进行包封形成包合物，此包合物具有更好的抗氧化能力、水溶性以及超强抑菌和抗生物被膜活性，通过静电纺丝技术制备得到纳米静电纺丝多功能食品保鲜膜。由环糊精作为非聚合物载体制成的纳米纺丝纤维膜除了具有更高的孔隙率与比表面积之外，还具有生物相容性，在生物医学、制药、过滤和食品包装中具有很高的应用价值。
44.(3)本发明利用一种由多功能食品添加剂—没食子酸辛酯(og)与内生no型环糊精(no
‑
cd)介导的超高效抑菌纳米静电纺丝多功能食品保鲜膜，作为鲟鱼鱼子酱包装的内表面活性膜，防止其中的蛋白质和油脂发生氧化腐败。加工、贮藏工艺简单，原料均为天然成分，生产成本低，有效的解决了鲟鱼鱼子酱易被氧化、易腐的难点；在有效延长产品货架期的同时，还不影响鲟鱼鱼子酱自身的风味和口感，食用后还具有一定的营养保健功能，符合现代健康环保、营养食品生产观念。
45.(4)本发明生产的鲟鱼鱼子酱贮藏期长，色泽风味浓烈，迎合现代消费者的消费观念，进一步提高了鲟鱼鱼子酱的商业价值，符合市场的需求；将纳米静电纺丝多功能食品保鲜膜应用于鲟鱼鱼子酱外包装的内表面后鲟鱼鱼子酱的货架期长，保藏后品质优良，易于运输，扩大了鲟鱼鱼子酱的销售范围，尤其是远离沿海的一些内陆大城市，很好地弥补了市
场需求与实际供应量之间的空缺。
附图说明
46.图1为本发明实施案例2与3得到的一种由没食子酸辛酯(og)与内生no型环糊精(no
‑
cd)介导的超高效多功能纳米静电纺丝食品保鲜膜的sem图。
47.图2为本发明实施例2～3和对照组1～2得到的鲟鱼鱼子酱的菌落数变化曲线。
48.图3为本发明实施例2～3和对照组1～2得到的鲟鱼鱼子酱的感官评价得到的雷达图。
49.图4为本发明实施例4～5和对照组3得到的鲟鱼鱼籽酱冷藏期间tba值的变化折线图。
具体实施方式
50.以下结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
51.实施例1
52.将1g羟丙基
‑
β
‑
环糊精和2g氯化锂溶解在30ml dma中搅拌过夜。冰水浴中向体系中加入7ml三乙胺和9.4g对甲苯磺酰氯，继续搅拌过夜22h。200ml丙酮沉淀产物，过滤，用200ml甲醇和丙酮清洗，真空除残留溶剂。取0.4g上述反应中间体与0.8g氯化锂加入20ml的dma中，继续加入0.8ml三乙胺和0.5ml乙二硫醇(即1,2
‑
乙二硫醇)，氮气保护下，60℃搅拌过夜；反应结束后，利用200ml丙酮沉淀，过滤后，用200ml甲醇与丙酮清洗；然后将其重悬在含有10ml二硫苏糖醇和10mm三乙胺的dma中，室温25℃下搅拌1小时；过滤后，用200ml甲醇和200ml丙酮清洗，真空除溶剂。重悬在dma/甲醇中，加入0.5ml亚硝酸叔丁酯(0.4g)，室温25℃下搅拌15小时；反应结束后，使用100ml甲醇沉淀，过滤后，用100ml丙酮和乙醚洗涤，真空除溶剂，制得内生no型环糊精(no
‑
cd)，储存在
‑
20℃备用。
53.实施例2
54.一种由没食子酸辛酯(og)与内生no型环糊精(no
‑
cd)介导的超高效多功能纳米静电纺丝食品保鲜膜的制备，具体步骤如下：
55.将内生no型环糊精(no
‑
cd)溶解在适量水中，再将没食子酸辛酯(og)按照合适的比例，(0.5:1，og:no
‑
cd mol：mol)与上述no
‑
cd水溶液混合，获得og/no
‑
cd
‑
ic溶液。溶液在室温25℃下搅拌24小时。将上述均相溶液倒入20.0ml聚丙烯注射器中，采用内径为0.4mm的注射针头，流速调节为0.9ml h
‑1。纤维聚集在铝箔上，铝箔与针尖的垂直距离为15cm。高压电源外加15kv电压(22℃/45
±
1％或25℃/50％)。
56.制得的纳米静电纺丝膜的sem图见图1(a)。
57.一种由没食子酸辛酯(og)与内生no型环糊精(no
‑
cd)介导的纳米静电纺丝多功能食品保鲜膜作用于鲟鱼鱼子酱包装内表面以延长鲟鱼鱼子酱贮藏期的加工方法，包括以下步骤：
58.(1)选料：选适合的性腺发育的雌性鲟鱼作为亲鱼取卵，卵径在2～8mm以上。
59.(2)取卵、鱼籽分离：将亲鱼放入5～8℃的冰水中浸泡30～60min，冰麻醉亲鱼又可对鱼卵进行体外定形，方便取出；将卵巢从腹部取出，对着消毒过的筛网挤压卵巢，获得鱼籽。
60.(3)漂洗：冰水反复漂洗直至搅动鱼籽后水清时止。
61.(4)挑选：沥干水份，挑出杂质。
62.(7)保鲜剂处理：将鱼籽按等级分类，将新鲜的鱼子贮藏于消毒的、且内表面附有所述的超高效多功能纳米静电纺丝食品保鲜膜的包装储罐中，排完空气密封后冷藏保存，冷藏保存的温度为
‑
2～2℃。
63.(8)上述方法所得产品贮藏期达到6～12月。
64.得到的产品的菌落数变化曲线见图2；所得的产品的品质变化见图3。
65.实施例3
66.该实施例与实施例2的不同之处，在于提高了体系中og的占比，以期提升纳米静电纺丝膜的抑菌及抗氧化效果。
67.一种由没食子酸辛酯(og)与内生no型环糊精(no
‑
cd)介导的超高效多功能纳米静电纺丝食品保鲜膜的制备，具体步骤如下：
68.将内生no型环糊精(no
‑
cd)溶解在适量水中，再将没食子酸辛酯(og)按照合适的比例，(1:1，og:no
‑
cd mol：mol)与上述no
‑
cd水溶液混合，获得og/no
‑
cd
‑
ic溶液。溶液在室温下搅拌24小时。将上述均相溶液倒入20.0ml聚丙烯注射器中，采用内径为0.4mm的注射针头，流速调节为0.9ml h
‑1。纤维聚集在铝箔上，铝箔与针尖的垂直距离为15cm。高压电源外加15kv电压(22℃/45
±
1％或25℃/50％)。
69.制得的纳米静电纺丝膜的sem图见图1(b)。
70.一种由没食子酸辛酯(og)与内生no型环糊精(no
‑
cd)介导的纳米静电纺丝多功能食品保鲜膜作用于鲟鱼鱼子酱包装内表面以延长鲟鱼鱼子酱贮藏期的加工方法，包括以下步骤：
71.(1)选料：选适合的性腺发育的雌性鲟鱼作为亲鱼取卵，卵径在2～8mm以上。
72.(2)取卵、鱼籽分离：将亲鱼放入5～8℃的冰水中浸泡30～60min，冰麻醉亲鱼又可对鱼卵进行体外定形，方便取出；将卵巢从腹部取出，对着消毒过的筛网挤压卵巢，获得鱼籽。
73.(3)漂洗：冰水反复漂洗直至搅动鱼籽后水清时止。
74.(4)挑选：沥干水份，挑出杂质。
75.(7)保鲜剂处理：将鱼籽按等级分类，将新鲜的鱼子贮藏于消毒的、且内表面附有所述的超高效多功能纳米静电纺丝食品保鲜膜的包装储罐中，排完空气密封后冷藏保存，冷藏保存的温度为
‑
2～2℃。
76.(8)上述方法所得产品贮藏期达到6～12月。
77.得到的产品的菌落数变化曲线见图2；所得的产品的品质变化见图3。
78.对照例1
79.参照实施例2的制备方法，但是不进行步骤(7)中纳米保鲜膜的处理步骤，直接进行普通包装和贮藏，得到的产品的菌落数变化曲线见图2；所得的产品的品质变化见图3。
80.对照例2
81.参照实施例2的制备方法，但是使用的环糊精为天然环糊精，即β
‑
环糊精，得到的产品的菌落数变化曲线见图2；所得的产品的品质变化见图3。
82.实施例4
83.将实施例2中制得的没食子酸辛酯(og)与内生no型环糊精(no
‑
cd)介导的超高效多功能纳米静电纺丝食品保鲜膜和硼酸分别应用于鲟鱼鱼籽酱中(0.2mg/g)，在0℃冷藏条件下，对鱼籽酱进行脂肪氧化(tba值)的跟踪测定，测定12个月。得到的鲟鱼籽酱冷藏期间tba值的变化结果见图4。
84.实施例5
85.将实施例3中制得的没食子酸辛酯(og)与内生no型环糊精(no
‑
cd)介导的超高效多功能纳米静电纺丝食品保鲜膜和硼酸分别应用于鲟鱼鱼籽酱中(0.2mg/g)，在0℃冷藏条件下，对鱼籽酱进行脂肪氧化(tba值)的跟踪测定，测定12个月。得到的鲟鱼籽酱冷藏期间tba值的变化结果见图4。
86.对照例3
87.参照实施例4中的方法，但是不使用任何保鲜剂及保鲜膜，得到的鲟鱼鱼籽酱0℃冷藏期间tba值的变化结果见图4。