茶多酚在钙交联果胶_壳聚糖复合膜中的缓释性研究_王卉

现代食品科技ModernFoodScienceandTechnology2013,Vol.29,No.4719茶多酚在钙交联果胶/壳聚糖复合膜中的缓释性研究王卉，邵东旭，赵由之，胡锐，丁文慈（琼州学院食品科学与工程系，海南三亚572022）摘要：分别制备了果胶/壳聚糖复合膜和钙交联的果胶/壳聚糖复合膜，研究不同配比对膜溶胀性的影响以及茶多酚在钙交联复合膜中的释放行为。结果表明，果胶/壳聚糖膜随着配比的不同，溶胀率随之变化，溶胀率最小的膜是果胶与壳聚糖之比为1:0.5，2h的溶胀率为9.5。钙交联果胶/壳聚糖膜的溶胀率与钙含量有关，适量的钙交联使膜的溶胀率降低，其最小溶胀率在6h只有2.1，过量的钙会导致膜的溶胀率增大。茶多酚在交联膜中的缓释规律与溶胀率一致，释放率随着钙交联度的增加而减少，但过量的钙使得释放率变大，可通过调节钙用量来控制茶多酚的释放率；茶多酚释放率随着茶多酚含量的增加而增大，在pH=3的溶液中释放速率大于pH=9的溶液。关键词：果胶；壳聚糖；茶多酚；溶胀率；缓释文章篇号：1673-9078(2013)4-719-721ControlledReleaseofTeaPolyphenolsfromCalcium-crosslinkedPectin/ChitosanComplexFilmsWANGHui,SHAODong-xu,ZHAOYou-zhi,HURui,DINGWen-ci(DepartmentofFoodScienceandTechnology,QiongzhouUniversity,SanyaHainan,572022)Abstract:Pectin/chitosanfilmsandcalcium-crosslinkedpectin/chitosancomplexfilmswereprepared.Theeffectofdifferentproportionsonswellingratiooffilmsandthereleaserateofteapolyphenolsfromcrosslinkedfilmswereinvestigated.Theresultsindicatedthatthelowestswellingratioofpectin/chitosanfilmswas9.5after2hwhenthepectin-chitosanratiowas1:0.5.Theswellingratioofcalcium-crosslinkedpectin/chitosanfilmsvariedwithcalciumcontentandthelowestonewasonly2.1after6h.Theexcesscalciumcausedincreaseoftheswellingratio.Thecontrolledreleaseruleofteapolyphenolsfromcrosslinkedfilmsagreedwithswellingratioofthefilmsandthereleaseratecanbecontrolledbycalciumcontent.Thereleaseratedecreasedwithincreasingcalciumcrosslinklevel,butincreasedwithexcesscalciumcontent.Thereleaserateincreasedwithincreasingteapolyphenolscontents.TeapolyphenolsreleasedfasterinsolutionatpH3thanthatatpH9.Keywords:pectin;chitosan;teapolyphenols;swellingratios;controlledrelease抗菌性膜是指在成膜材料中添加抗菌剂，通过抗菌剂的缓释等作用达到抗菌、延长保鲜效果的一种功能性膜[1~2]。可食性抗菌膜主要分为多糖薄膜和蛋白质薄膜两大类，常用的多糖类有淀粉、纤维素、壳聚糖、葡甘聚糖、海藻酸钠等[1~3]。果胶类多糖是果蔬原料当中对质构影响较大的物质，果胶口味清新、清爽，以果胶为基质的可食性膜有潜在的开发前景和价值[4~6]。果胶是由多个半乳糖醛酸聚合而成，对于低酯果胶来说，果胶分子的游离羧基可以与钙离子通过配位键形成类似“蛋盒模式”的二聚体进而相互作用形成凝胶网络，钙交联低酯果胶被应用于调节释药速率[7~8]。收稿日期：2012-12-11基金项目：琼州学院引进人才科研启动基金（QYXB201104）作者简介：王卉（1968-），女，博士，副教授，研究方向为食品加工与贮藏果胶和壳聚糖是天然多糖，无毒，具有生物相容性，壳聚糖有良好的成膜性和广谱抗菌性[9]。在酸性溶液中，壳聚糖氨基带正电，能与聚阴离子果胶通过静电吸引形成高分子复合物[10~11]。果胶/壳聚糖复合聚电解质在药物控释领域有广泛应用[12~14]，但研究抗菌剂在果胶/壳聚糖膜中的缓释还不多。本试验先制备不同配方组成的果胶/壳聚糖膜，通过溶胀率找出最佳果胶和壳聚糖配比，再以钙离子交联，研究茶多酚在钙交联的果胶/壳聚糖膜上的释放率。1材料和仪器1.1材料与设备低酯果胶购于浙江衢州，酯化度30~40%；壳聚DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2013.04.051现代食品科技ModernFoodScienceandTechnology2013,Vol.29,No.4720糖购于国药集团化学试剂有限公司，脱乙酰度90.0%；茶多酚购于杭州禾田生物公司，纯度95%；其他试剂为分析纯。紫外可见分光光度UV2550，日本岛津；酸度计PHS-2C，上海艾测电子科技有限公司；水浴振荡器SHA-B，江苏金坛亿通电子有限公司；电热恒温鼓风干燥箱DHG-9245A，上海齐欣科学仪器；电子天平CP214：上海沪粤明科学仪器。1.2试验方法1.2.1膜的制备果胶/壳聚糖膜的制备：在3%的果胶溶液中，加入甘油(2%，m/m)作为增塑剂，加热至60℃，缓慢滴加1%壳聚糖稀乙酸溶液（果胶与壳聚糖含量比分别为1:0.1、1:0.3、1:0.5、1:0.7、1:0.9），搅拌0.5h，将所得混合液倒入塑料培养皿中，在50℃成膜。钙交联的果胶/壳聚糖膜的制备：在上述果胶与壳聚糖比为1:0.5的混合液中，再加入1%CaCl2溶液（果胶:壳聚糖:氯化钙质量比分别为1:0.5:0.1、1:0.5:0.2、1:0.5:0.3），搅拌均匀，倒入塑料培养皿中，在50℃成膜。含茶多酚的交联复合膜的制备：在果胶溶液中加入茶多酚，搅拌均匀，再滴加1%壳聚糖稀乙酸溶液，其余步骤与钙交联的果胶/壳聚糖膜的制备相同。茶多酚含量分别为成膜材料的1%、3%和5%。所有膜均置于相对湿度为50%的干燥器中，25℃下保存一天再进行测试。1.2.2膜溶胀率的测定将制成的膜剪成2cm×2cm大小，放入含有磷酸盐缓冲溶液(pH=6.8)的烧杯中，置于恒温振荡仪中，于25℃恒温振荡，每隔一定时间取出，用滤纸吸干膜表面水分并记录膜此时质量Wt。膜的溶胀率按下式进行计算：SR=(Wt-Wo)/Wo注：SR为膜的溶胀率；Wo为膜初始质量；Wt为溶胀过程中不同时刻膜的质量。1.2.3茶多酚膜缓释研究茶多酚标准曲线的制作：精确称取100.0mg茶多酚样品溶解于蒸馏水中，定容至100mL，分别吸取茶多酚标准溶液1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL于50mL容量瓶中，加水9mL和酒石酸亚铁溶液10mL，充分混匀，再加pH=7.5磷酸盐缓冲溶液至刻度。静置15min在540nm处测吸光度，以试剂空白溶液作参比，测定吸光度。缓释测定：将制成的茶多酚膜剪成2cm×2cm大小，精确称量后放入含有50mL缓冲溶液的烧杯中，置于恒温振荡仪中，于25℃恒温振荡，每隔一定时间取出1mL（同时补充1mL的空白缓冲液）于50mL容量瓶中，按上述方法用紫外-可见分光光度计检测吸光度，由标准曲线确定含量。按式计算累积释放率：Qt%=(Mt/M0)×100%注：Qt%，t时刻茶多酚的累积释放率；Mt，t时刻释放出茶多酚的量；M0，释放开始时刻膜中茶多酚的含量。2结果与分析2.1膜的溶胀率表1不同配比果胶/壳聚糖膜的溶胀率Table1Theswellingratioofpectin/chitosanfilmswithdifferentproportions果胶:壳聚糖(m/m)1:0.11:0.31:0.51:0.71:0.9溶胀率14.2±0.311.4±0.59.5±0.212.3±0.316.7±0.4表1是不同配比的果胶/壳聚糖膜在磷酸盐缓冲液中振荡2h的溶胀率。由表1可知，随着果胶中壳聚糖含量的增加，溶胀率逐渐变小，这是由于壳聚糖中质子化的氨基和果胶中电离的羧基通过静电引力结合，形成聚电解质络合物，形成较强的三维网络，使膜致密性增大，空隙变小。当果胶与壳聚糖比例为1:0.5时，溶胀率最小，说明在1:0.5时，壳聚糖中质子化的氨基和果胶中电离的羧基量基本相当，达到最佳复合，膜的致密性最高。当壳聚糖的量继续增大，体系中存在过量的未于果胶中羧酸结合的氨基正离子，由于静电排斥作用，使得复合膜的空隙增大，孔道畅通，溶胀率增大。图1钙交联的果胶/壳聚糖膜的溶胀曲线Fig.1Theswellingratiocurvesofcalcium-crosslinkedpectin/chitosanfilms图1是加入钙交联的果胶/壳聚糖膜（1:0.5）的溶胀曲线，由图可知，初始阶段膜溶胀很快，之后缓慢增加，最后达到平衡。随着钙含量的增加，膜的交联度增大，导致溶胀率随之下降。果胶:壳聚糖:氯化钙质量比为1:0.5:0.2的膜溶胀速率最慢，溶胀率最小，但当钙离子浓度继续增大，溶胀率又变大。这是由于在钙交联的果胶/壳聚糖复合膜中，果胶和壳聚糖通过现代食品科技ModernFoodScienceandTechnology2013,Vol.29,No.4721静电吸引形成大分子络合物，少量的钙离子可以与络合物内未反应的果胶羧基交联，使网状结构收缩，孔道变小，故膜的溶胀率变小。当钙离子浓度继续增大，过量的钙离子使壳聚糖与果胶的羧基静电吸引减弱，导致复合膜的网状结构疏松，溶胀率变大。2.2茶多酚的缓释图2茶多酚在钙交联的果胶/壳聚糖膜中的释放曲线Fig.2Thereleasecurvesofteapolyphenolsfromcalcium-crosslinkedpectin/chitosanfilms图2是在pH=6.8缓冲溶液中，3%含量的茶多酚从钙交联的果胶/壳聚糖膜中的释放曲线。从图中可以看出，茶多酚初始释放速率较快，在果胶:壳聚糖:氯化钙质量比为1:0.5:0.1的膜中，茶多酚于8h内达到释放平衡。随着膜中钙离子的增加，释放速率降低，在果胶:壳聚糖:氯化钙质量比为1:0.5:0.2的膜中，茶多酚释放率缓慢增加，大概13h才达平衡，说明随着钙交联度的增加，膜网络中空隙变小，茶多酚扩散变得更困难，而钙含量继续增加到膜比例为1:0.5:0.3时，由于网状结构疏松，释放速率又增大，这一结果与膜的溶胀率一致。以上结果也说明，可通过调节钙交联剂用量，改变网络交联度来控制茶多酚的释放速率。图3不同含量的茶多酚在交联膜中的释放曲线Fig.3Thereleasecurvesofteapolyphenolswithdifferentcontentsfromcrosslinkedfilm图3是不同茶多酚含量的交联膜（果胶:壳聚糖:氯化钙为1:0.5:0.1）在pH=6.8缓冲溶液中的释放曲线，由图可见，随着茶多酚含量的增大，初始释放速率明显增大，这是由于随着茶多酚含量增多，膜中含有未被交联包封的游离茶多酚也相应增多，这部分游离的茶多酚会以较快的速率释放；随着膜的溶胀，包裹在交联网络结构中的茶多酚缓慢释放到溶液中。图4茶多酚在不同pH缓冲溶液中的释放曲线Fig.4Thereleasecurvesofte