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湖南省农业科学院单杨院士团队在仿果实角质层的壳聚糖-阿魏酸共聚物接枝新方法方面取得进展

2023-01-04

  目前食品包装行业高度依赖不可降解的塑料产品,但塑料包装的过度生产和消耗导致严重的生态环境问题,并危害人类的健康。因此,开发可降解和环保的生物基材料已成为当前的趋势。壳聚糖,作为一种阳离子多糖,因其来源广泛、无毒、可生物降解、抗菌性能以及良好的成膜能力,其包装材料在食品工业中具有潜在的应用前景。然而,壳聚糖较差的水溶性和抗氧化能力极大地限制了它的应用,而通过接枝共聚能获得性能优异的壳聚糖共轭物及相应生物基膜。相比于其它接枝方法,芬顿体系介导的接枝方法因其简单、有效、环保且无毒而被广泛运用,但该方法反应时间过长且取代度低。因此,迫切需要探索一种合适的方法来提高芬顿系统介导的接枝效率。
  近日,单杨院士团队丁胜华副研究员在超声协同芬顿体系制备壳聚糖-阿魏酸共聚物及对应活性薄膜方面取得进展,相关成果以“Ultrasonication significantly enhances grafting efficiency of chitosan-ferulic acid conjugate and improves its film properties under Fenton system”为题发表在农林科学领域一区TOP期刊Food Research International(IF:7.425)上,我院2020级硕士研究生徐海山为第一作者,丁胜华副研究员为通讯作者,湖南大学生物学院隆平分院为第一单位,湖南省农业科学院农产品加工研究所为第二单位。该研究得到了国家自然科学基金(32272257),湖南省自然科学基金项目(2022JJ30330)、长沙市杰出创新青年培养计划(KQ1905025)等项目的支持。
  本研究通过不同时间的超声-芬顿体系(FUS)制备壳聚糖-阿魏酸共聚物,并选择合适时间的FUS制备共聚物得到对应薄膜,对结构、功能、流变学和物理特性进行研究。与传统芬顿体系相比,FUS提高了共聚物的接枝率,且随着超声时间的延长,接枝率先升高后降低。超声时间为1 min的FUS制备的共聚物(FUS1)具有最高的接枝率(121.28 mg/g),其接枝时间相比于芬顿接枝法从12 h缩短至1 min。FT-IR和XRD结果表明阿魏酸通过酯键和酰胺键与壳聚糖共价连接,且共聚物的结晶度相比于壳聚糖明显降低。SEM和Mw分析表明共聚物的降解程度随超声时间的增加而增加。此外,FUS1的DPPH和ABTS自由基清除活性最接近Vc,且具备最优的抗菌效果。因此,选择FUS1制备活性薄膜。FUS1膜液粘度相比于壳聚糖膜液明显降低。与壳聚糖基膜相比,FUS1膜的紫外透射率接近0,水蒸汽、氧气和二氧化碳渗透性均显著降低,且水溶性和拉伸强度提高了58.09%和25.72%。因此,超声-芬顿体系是一种高效制备食品活性包装材料的方法,FUS1薄膜具有广阔的应用前景。

  本研究首次比较了超声-芬顿体系和传统的芬顿体系制备壳聚糖-阿魏酸共聚物的接枝效率,并探究了不同超声时间对共聚物接枝效率、结构性能、热稳定性、抗氧化性能和抗菌性能的影响,开发出一种绿色、环保、高效制备性能优异的壳聚糖-阿魏酸共聚物的方法,并开发出适合于果蔬和生鲜预制食品的活性包装膜。

来源:湖南省农业科学院

2023年1月4日


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