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采用殼聚糖-三聚磷酸酯-百里香納米顆粒經(jīng)熱噴墨打印而成的新型活性包裝材料——摘要、簡(jiǎn)介
來(lái)源:Unisense 瀏覽 952 次 發(fā)布時(shí)間:2021-09-13
摘要
開(kāi)發(fā)了基于殼聚糖(Qo)以及Qo和藜麥蛋白(EPQ)混合物的新型活性包裝薄膜。使用噴墨印刷將膜用殼聚糖-三聚磷酸鹽納米顆粒(NQos)和負(fù)載百里酚(NQoThs)的NQos印刷。通過(guò)澆鑄高粘度Qo和Qo/EPQ溶液(不同比例)制備薄膜。適合印刷的薄膜是根據(jù)它們的機(jī)械性能和在模擬新鮮水果儲(chǔ)存條件下的低吸水量來(lái)選擇的。低分子量Qo與三聚磷酸鹽的離子凝膠化產(chǎn)生了60 nm的球形納米粒子,如TEM所見(jiàn)。在將NQoTh懸浮液印刷成薄膜之前,加入20%的甘油以改變懸浮液的表面張力和運(yùn)動(dòng)粘度。添加甘油使Z平均值和PDI分別增加了24%和12%,并使Z電位降低了15%。與對(duì)照相比,兩種NQoTh印刷薄膜都具有增強(qiáng)的阻隔性能。通過(guò)噴墨印刷結(jié)合百里酚(Th)的效率取決于印刷層數(shù)、接觸角、添加到分散體中的甘油量以及薄膜類型。使用Franz細(xì)胞進(jìn)行的Th釋放分析表明,這兩種薄膜連續(xù)遞送8天。薄膜的Th釋放曲線的差異歸因于薄膜上NQoTh位置的差異。與NQo印刷和對(duì)照薄膜相比,NQoTh印刷薄膜對(duì)無(wú)害李斯特菌、金黃色葡萄球菌、鼠傷寒沙門氏菌、產(chǎn)氣腸桿菌、銅綠假單胞菌和大腸桿菌表現(xiàn)出更高的抗菌活性。納米技術(shù)印刷品的使用可以改善由可再生生物聚合物制成的薄膜的功能。該技術(shù)還將促進(jìn)新包裝材料的開(kāi)發(fā),以延長(zhǎng)新鮮水果的保質(zhì)期。
一、簡(jiǎn)介
開(kāi)發(fā)新的包裝材料可以延長(zhǎng)新鮮或微加工食品的保質(zhì)期,通過(guò)減少食源性疾病的爆發(fā)來(lái)維護(hù)消費(fèi)者安全,減少生產(chǎn)部門的損失,并且對(duì)生態(tài)友好,一直是廣泛努力的重點(diǎn)。已經(jīng)研究了多種材料,特別是生物聚合物,例如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、多糖及其混合物,以增強(qiáng)薄膜作為包裝材料的特性(Falguera、Quintero、Jim?enez、Mu~n?oz、&Ibarz,2011年;Pereda、Amica和Marcovich,2012年;Valenzuela、Abugoch和Tapia,2013年)。在多糖中,殼聚糖(Qo)由于其生物相容性、低毒性、可生物降解性和抗菌活性(AM)而被廣泛研究(Majeti&Kumar,2000)。Qo是一種豐富的可再生材料,生產(chǎn)成本低;因此,人們對(duì)其在可食用涂層和薄膜中的應(yīng)用越來(lái)越感興趣(Berger等人,2004年;Cortez等人,2010年)。Qo已經(jīng)被用作蘆筍(Qiu、Jiang、Ren、Huang、&Wang,2012)、石榴(Ghasemnezhad、Zareh、Rassa和Sajedi,2013)和蘋果片(de Britto&Assis,2012)的涂層,在其他新鮮農(nóng)產(chǎn)品中。
Qo還與源自魚明膠的蛋白質(zhì)(Hosseini、Rezaei、Zandi和Ghavi,2013年)、大豆(Jia、Fang和Yao,2009年)、乳清(Di Pierro、Sorrentino、Mariniello、Giosafatto、Porta,2011年)結(jié)合使用;Ferreira、Nunes、Delgadillo和Lopes-da-Silva,2009年)和蕓豆(Fan等人,2014年)生成混合電影。Abugoch、Tapia、Villam?an、Yazdani-Pedraman和Díaz-Dosque(2011)報(bào)道了用Qo和藜麥蛋白提取物(EPQ)的混合物生產(chǎn)薄膜,形成聚電解質(zhì)復(fù)合物。添加EPQ作為增塑劑,提高了薄膜的斷裂伸長(zhǎng)率,但薄膜的親水性也顯著增加了它們的水蒸氣滲透率(WVP)。降低高WVP的一種策略是將脂質(zhì)加入薄膜中(Ghanbarzadeh&Almasi,2011)。盡管向薄膜中添加油顯著降低了WVP,但與不含油的薄膜相比,觀察到對(duì)薄膜機(jī)械性能的不利影響。脂肪酸鏈誘導(dǎo)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成,影響薄膜中聚合物之間的內(nèi)聚力,薄膜的不透明度增加(P?erez-Gago&Krochta,2001;Colla,Sobral,&Menegalli,2006;Valenzuela等人,2013年)。
此外,與脂質(zhì)和/或蛋白質(zhì)的相互作用會(huì)降低或抑制Qo的AM(Rabea、Badawy、Stevens、Smagghe和Steurbaut,2003年),增加了對(duì)加入其他強(qiáng)大AM試劑的興趣。百里香酚(Th)存在于百里香精油中,對(duì)各種微生物菌株表現(xiàn)出有效的AM作用(Guarda、Rubilar、Miltz和Galotto,2011年;Ramos、Jimenez、Peltzer和Garrigos,2012年),被認(rèn)為是一種由FDA認(rèn)證的安全食品添加劑(Tripathi&Dubey,2004)。
納米復(fù)合材料可以在不顯著影響其機(jī)械性能的情況下提高親水性薄膜的水蒸氣阻隔性能(Abdollahi、Rezaei和Farzi,2012年;Adame和Bael 2009年;Clapper、Pearce、Guymon和Salem,2008年;De Moura等人,2009年);Yixiang,Xi,&Milford,2006)。位于成膜聚合物之間連接域中的納米顆粒(NP)會(huì)阻礙氣體和水分子通過(guò)薄膜的擴(kuò)散,并對(duì)分子通過(guò)薄膜的傳輸產(chǎn)生擴(kuò)散曲折效應(yīng)(Bharadwaj,2001;Sorrentino,Gorrasi,&維多利亞,2007)。
在描述的用于活性成分納米封裝的各種方法中,最適合基于Qo的薄膜是那些將Qo用作封裝材料的方法,因?yàn)檫@種封裝有助于將NP結(jié)合到薄膜中。
通過(guò)與三聚磷酸鹽(TPP)離子凝膠化獲得的Qo NPs(NQos)已被廣泛研究。大多數(shù)程序涉及將TPP解決方案添加到Qo解決方案。已經(jīng)研究了乙酸溶液中0.5至10 mg/mL的Qo濃度范圍(最終濃度為0.2-10 mg/mL)。使用的TPP濃度范圍為0.25至1.0 mg/mL。Qo/TPP質(zhì)量比從2到8不等。還評(píng)估了制備后的聚集/顆粒融合現(xiàn)象以及納米顆粒懸浮液在不同儲(chǔ)存條件下的穩(wěn)定性。這些納米顆粒對(duì)不同類型的活性成分表現(xiàn)出良好的負(fù)載能力。
熱噴墨打印系統(tǒng)(ITIS)是一種將活性成分整合到不同基質(zhì)中的新方法(Genina、Janben、Breitenbach、Breitkreutz和Sandler,2013年)。ITIS可以在連續(xù)注射模式下運(yùn)行,也可以使用按需液滴(DOD)。在DOD模式下,墨水以兩種方式之一從打印頭噴射,具體取決于打印機(jī)制造商使用的技術(shù)。其中,熱噴墨(TIJ)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)受控、精確的分散打印和更有效的墨水在待打印材料上的沉積。
已經(jīng)評(píng)估了使用TIJ系統(tǒng)開(kāi)發(fā)藥物輸送系統(tǒng)的主要目的是以個(gè)性化的方式生成和管理藥物(根據(jù)每位患者的要求)(Buanz、Saunders、Basit和Gaisford,2011年);Mel?endez、Kane、Ashvar、Albrecht和Smith,2008年;Pardeike等人,2011年;Scoutaris、Alexander、Gellert和Roberts,2011年)。我們相信,這項(xiàng)技術(shù)也可能是一種通過(guò)印刷載有抗菌劑的納米顆粒來(lái)產(chǎn)生新型活性包裝材料的有前途的方法。
這項(xiàng)工作的目的是開(kāi)發(fā)使用TIJ(NQo和NQoTh)印刷的Qo和Qo/EPQ納米顆粒的包裝薄膜。對(duì)該系統(tǒng)的以下方面進(jìn)行了研究:i)制造可由TIJ印刷的薄膜的最合適條件;ii)可以在薄膜上留下足夠印象的NQoThs懸浮液的制造條件;iii)評(píng)估印刷薄膜作為Th的控釋平臺(tái)及其AM對(duì)相關(guān)微生物的活性,如金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、銅綠假單胞菌、沙門氏菌鼠傷寒血清型、產(chǎn)氣腸桿菌和無(wú)害李斯特菌。
采用殼聚糖-三聚磷酸酯-百里香納米顆粒經(jīng)熱噴墨打印而成的新型活性包裝材料——摘要、簡(jiǎn)介
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