文摘

治疗用酸性电解铝水(AEW)是一个有前途的消毒方法由于其有效性减少微生物种群。这项研究的目的是评估壳聚糖/ HPMC电影整合与溶菌酶的理化性质和酸性电解铝水。在复合薄膜,降低电影溶解度和增加电解氯化钠溶液的浓度和延长观察时间。与氯化钠电解过程产生海绵状膜结构的网络。使用AEW没有改变化学成分的电影证明了¹H NMR、MALDI-TOF和傅立叶变换红外光谱。研究证实,电解显著提高热机的研究电影的属性。电影非常相似的接触角值和56°、73°之间不等。盐浓度的增加用于电解过程影响了增加样本的灵活性。应用电解铝水常用的食品加工系统是可能的。AEW的融合与涂布食品和生物聚合物可能提供更好的集成和多方向的保护效果。

1。介绍

包装是用来保持适当的感官特征和营养价值的食品。它也有保护功能对环境的不利影响在运输和储存;此外,它有一个对最终产品的外观的影响。近年来,可食用的电影和涂料的应用基于生物聚合物,如蛋白质,多糖,脂质引起了许多研究者的注意(1,2)主要是因为包含天然的保护膜的生物降解性聚合物降低合成聚合物的应用困难的利用率(3]。要求包装从天然材料取决于食品的特点和他们的变化在生产和储存4]。许多作者专注于凝胶的修改设计生产包装材料最可取的属性和多功能应用程序(5,6]。

壳聚糖和纤维素衍生物羟丙甲纤维素(HPMC)前途的材料用于创建可食用涂料或电影。HPMC是水溶性纤维素醚水状胶质具有良好的成膜特性。它作为成膜剂,平板粘合剂,涂料,稳定,暂停,粘度增加代理(7,8]。纤维素衍生物的电影是可怜的水蒸气的障碍,这是固有的亲水性自然的结果多糖和纤维素衍生物薄膜的机械性能差。提高防潮层是通过将疏水性化合物,如脂肪酸、纤维素醚矩阵开发复合膜(9]。

壳聚糖是甲壳素的导数,线性链的多糖链2-acetamido-2-deoxy-D-glucopyranose单位。这种材料是生物可降解,生物相容性、无毒。由于它的成膜性能和涂料生产的多个应用程序中使用,药物输送,营养,和控制释放的食品配料和分离技术,它是一个有价值的聚合物(10]。它有一个高模数随着低断裂伸长率由于高玻璃化转变温度(Tg)和结晶度。因此,混合或共聚作用与不同的聚合物壳聚糖可以影响其形态和可塑性11]。

可食用的电影并不好壁垒对水蒸气;然而,他们可以作为活性物质的载体,抗菌药物,或防腐剂,保护食品质量(12]。这些活性成分的可食用的电影可以溶菌酶或酸性电解铝水。

溶菌酶溶菌酶(N-acetyl-muramyl-hydrolase)分解β1,4-glycosidic N-acetylmuramic酸之间的联系和N-acetylglucosamine在细菌的细胞壁多糖。具有溶解性属性和应用作为杀菌物质(13]。

酸性电解铝水是一种抗菌剂由膜电解氯化钠溶液。它的特点是低pH值、高氧化还原电位,和游离氯主要杀菌成分(14,15]。免费的电解铝酸性水中的氯与次氯酸和氯气(15]。AEW的优点是无刺激性的粘膜和皮肤组织的反应16]。酸性电解铝水也可以用作生物分子系统组件,比如水凝胶。聚合物水凝胶复合材料在电化学合成和特征的应用药物控制释放装置。聚合物水凝胶给获得各种先进的功能性聚合物的可能性。电敏的水凝胶通常由聚合电解质和不溶性、膨胀性、聚合物与离子集团网络(11]。

我们所知,没有发表的研究中关于描述可食用的电影用酸性电解铝水合并。凝胶和酸性电解铝水之间的相互作用会影响物理化学性质的可食用的电影。

因此本研究的目的是评估壳聚糖的物理化学性质/ HPMC电影整合与溶菌酶和酸性电解铝水。进一步的调查将与抗菌性能研究电影和食品的有效性。

2。材料和方法

2.1。装置

电解铝盐解决方案(酸性电解铝水,AEW)是使用水生成器生成(自己设计批式发电机,配备两个钛电极上涂上一层0.6μm层铂)膜电解稀释盐解决方案(0.001,0.01,0.1%)在不同时间跨度(0、5、10分钟)。氯化钠的稀释水的解决方案(分析质量,POCH)被添加到阳极和阴极室(2 L在每个室)的离子发生器。

2.2。材料

低分子量壳聚糖(CH)从虾壳是提供从Sigma-Aldrich 20 - 200 cP粘度和弟弟= 75 - 85%;羟丙基甲基纤维素(HPMC)甲基纤维素SX产品是来自陶氏化学公司;溶菌酶从母鸡蛋清分离与2000 U / mg活动从Ovopol购买公司(波兰),除了乳酸(80年PURAC FCC),甘油(分析质量,POCH),和80%氯化钠(分析质量,POCH)。

2.3。制备聚合物的电影

这部电影股票的解决方案是由溶解已知数量的膜材料(壳聚糖,HPMC)(非)电解铝氯化钠解决方案见表1和0.5%的乳酸不断搅拌,使用机械搅拌器猫r - 250(搅拌速度400 rpm), 16小时。溶菌酶解制备溶菌酶溶解已知数量的(非)电解铝氯化钠的解决方案。甘油作为增塑剂()添加到同质的解决方案;然后所有的解决方案都混合在一起获得组件的最终浓度呈现在表1。最终的解决方案是由离心脱气和注入玻璃聚四氟乙烯涂层板的80毫米×200毫米和干72小时。脱水在粘结剂进行KBF-LOC 240室在4°C和60%的相对湿度。干电影拍摄和适合进一步测试。

2.4。电影描述

2.4.1。电影在水中溶解度

分析了根据Pinotti描述的方法等。17]。总可溶性物质的百分比(%溶解度)是由以下公式计算: 样本分析至少一式三份。

2.4.2。扫描电子显微镜(SEM)

获得电影的截面进行了使用EVO LS 15蔡司扫描电子显微镜。样本与黄金气急败坏的150年代使用Scancoat 6类型(爱德华兹,英国伦敦)和检查使用20 kV电压。

2.4.3。傅里叶变换红外光谱法(ir)

每个样本的ATR红外光谱法测试。光谱的分辨率记录2厘米⁻¹到64年扫描450至4000厘米⁻¹在无穷AR60光谱仪(ATI马特森)。

2.4.4。¹H核磁共振光谱学

样品被核磁共振(NMR)谱的特征。核磁共振测量的力量进行的皇冠III。固态CP MAS NMR实验进行了使用正交偏振技术和魔角旋转。的光谱¹³C和¹分别得到了H核,在100.61兆赫和400.15兆赫频率MAS BB DVT宽带探针(ZrO锆4毫米直径₂)转子。isotopically的标记l- (1 -13C) -酪氨酸(酪氨酸)应用于以CP MAS的优化参数¹³C NMR和也达到一阶Hartmann-Hahn匹配条件。光谱参数如下:¹³C CP MAS谱:测量温度:298 K,旋转速度:8 kHz,弛豫时间:3 s,脉冲:90°¹H 4μ年代,接触时间:2毫秒,谱宽片:40 kHz, TD = 3.5 k,和脊髓脱钩;为¹H MAS谱:测量温度:298 K,旋转速度:8 kHz,弛豫时间:2 s,脉冲:90°¹H 4μ年代,谱宽片:40 kHz, TD = 16 k。

2.4.5。MALDI-TOF质谱

实验的样本是由混合10μ10 L(检查解决方案μL矩阵解决方案(水溶液中2,5-dihydroxybenzoic酸(DHB)的浓度为10毫克/毫升)在埃普多夫管0.5毫升的容量。2μL的样本放在一个测量板,蒸发溶剂。板被放置在一个质谱仪的离子源Voyager-Elite(美国PerSeptive生物系统公司,弗雷明汉,CT)。的电离技术是应用基质辅助激光解吸电离(MALDI)。激光辐射的波长和加速电压在337 nm和20 kV,分别。正离子受到登记使用离子飞行时间(TOF)分析器的反射离子(reflectron)。记录的质量范围变化从300年到3500年(m / z)。质谱的总和200光谱。使用外部测量质量校准基于定义的参考谱聚乙烯乙二醇混合物。处理的光谱进行了使用数据浏览诉4(美国应用生物系统公司,培育城市,CA)。

2.4.6。动态机械热分析(DMTA)

执行的测试是使用Rheometric科学DMTA可三世。储能模量,损耗模量和损耗角正切()测量温度范围从−80°C到+ 50°C,升温速率2°C /分钟和1赫兹的频率。

2.4.7。接触角测量

测量是用接触角分析仪(表面电光学公司)采用悬滴法。蒸馏水(6的下降μL)放置在表面(2厘米²涂层的样品。

2.5。统计分析

实验进行了一式三份。两个独立的分类变量的影响,如电解时间和浓度的氯化钠进行评估。获得的数据进行了分析使用双向因子的方差分析(方差分析)使用Statistica 10 (StatSoft、波兰)。差异意味着建立了邓肯测试5%的意义。

3所示。结果与讨论

3.1。电影在水中溶解度

发现使用酸性电解铝水显著影响溶解度的可食用的保护膜。电影包含0.1%的氯化钠溶液10分钟后电解(N0.1E10)的溶解度最低6%(图1)。最高的溶解度为44%,观察N0.01E0电影。减少电影溶解度增加氯化钠溶液的浓度和延长电解时间观察复合膜(图1)。可以调整提高溶解度可能的应用程序通过控制电影中使用的溶剂配方的参数(17]。水溶性是电影的亲水的指标(18]。对于某些应用程序高溶解度可能是一个优势。在某些情况下,水不溶性电影优先提供水的阻力和提高食品的完整性;在其他情况下,可能需要高水溶性食用电影(1]。所需材料的溶解程度可能会改变根据目标应用程序(19]。

3.2。扫描电子显微镜(SEM)

电影的扫描电子显微图如图所示2。扫描电镜(a)、(b)和(c)显微图显示光滑,紧凑,表面均匀,未发现气孔或裂纹。这些结果是一致的与那些被阴et al。20.),机械等。21,德·莫拉et al。22),横截面的显微图证实了壳聚糖和HPMC之间部分混合性。N0.001E0和N0.01E5电影揭示了多层结构,这可能与有限链流动(17]。它特异性有关使用聚合物(HPMC、壳聚糖和chitooligomers),使得不同的锁链和功能基团的形成。与氯化钠电解过程诱发海绵的网络电影结构,如图所示2。电解过程与氯化钠电解液产生缺乏LCAEW晶体结构的组件。通过对电极直流电压,两种生产电解铝水具有不同特征。在阳极室的离子发生器只存在氯化合物,比如Cl₂HOCl、盐酸和氯离子(15]。钠离子在阴极的结果转移到膜电解和获得水并不是用于这项研究。

3.3。傅里叶变换红外光谱法(ir)

研究了电影的傅立叶变换红外光谱及其成分如图3。N0.2E30示例显示了吸收峰的光谱在3232厘米左右⁻¹,这是分配给拉伸振动从重叠地和氮氢键。这些发现符合的结果Leceta et al。23]。振动表示国际米兰和分子内氢键的相互作用。观察到3426厘米的信号⁻¹,3377厘米⁻¹,3303厘米⁻¹,2878厘米⁻¹是与地伸缩振动,NH₂不对称拉伸,h拉伸,分别和碳氢键。类似的吸收峰值也报道工作的Leceta et al。23]。特征吸收带切断拉伸的唠叨单位观察二级酰胺在1656厘米⁻¹和h弯(伯胺)1597厘米⁻¹。1378厘米附近的吸收带⁻¹与CH的对称的骨骼变形吗₃集团和1421厘米⁻¹主要地(酒精)。在1032厘米的吸收带⁻¹(C-O-C环的弹性振动)是吡喃葡萄糖环的特征。Praxedes et al。24]表明,乐队的峰值为1409厘米⁻¹和1316厘米⁻¹对应的振动-哦吡喃糖环和ch组。特定的乐队(1、4)糖苷桥梁观察到1153和897厘米⁻¹(25,26]。Praxedes et al。24)观察到的反对称伸缩C-O-C糖苷键在1080厘米⁻¹。许多学者提出了不同的波数有充分的吸收带27]。较低的小乐队在1733厘米吸收⁻¹指acylated集团-哦(28]。位置和强度没有显著差异的乐队的所有样本观察。这意味着多糖电解铝并非由溶菌酶降解或酸性水。尽管电解铝水pH值较低,基本上它是一种弱酸(15]。

3.4。¹H NMR和¹³C核磁共振光谱学

的强度和宽度没有明显差异¹³C个人共振信号实验电影观察(图4)。电影的基本结构的稳定性被证明缺乏显著的变化¹³C CP MAS NMR光谱。大量的质子之间的交互以及高价值的偶极耦合导致扩大的质子信号¹H MAS NMR光谱。一些重要差异¹H MAS NMR光谱N0.001E0之间被发现,N0.01E0, N0.001E5, N0.01E5, N0.001E10 N0.01E10, N0.1E0, N0.1E5, N0.1E10样本。强烈的信号在4.4 ppm N0.001E0光谱中观察到,N0.01E0 N0.001E5, N0.01E5, N0.01E10电影。质子峰值主要源自水。三个强信号5、3.5和1.5 ppm。他们来自水的质子或甘油,CH组壳聚糖和HPMC(或CH₂甘油),和CH₃HPMC。这些信号强度和宽度的变化可能与不同的内容和交联结构的电影。

3.5。MALDI-TOF质谱

分析糖单元组成的化合物进行MALDI使观察低聚糖的分子量范围从几个到几千道尔顿(29日]。虽然溶菌酶添加到潜在增加抗菌活性,它也可能导致多糖水解,由其他研究[30.]。公园等。31日]和Zimoch-Korzycka Jarmoluk [13)指出,溶菌酶可能引起多糖水解和他们的产品增强的抑制功效对许多细菌物种。因此研究进行了识别潜在的低聚壳聚糖和HPMC水解的产物。激烈的山峰矩阵控制的质量范围从300年到500年m / z;因此,质量范围超过500m / z是考虑到(图5)。没有其他的山峰m / z值,这将创建一系列持续的山峰之间的质量差异,表明低聚物的产品与不同成分的存在,据报道。溶菌酶的最大活动所需的最适温度是37°C (32]。不受控制的酶促降解抑制了样品在冷却条件下储存。寡聚壳聚糖水解的产品没有发现,由MALDI-TOF确认分析。壳聚糖降解可能导致减少薄膜均匀性是不可取的。

3.6。动态机械热分析(DMTA)

图6介绍了动态力学行为选择的依赖电影(N0.01E0, N0.01E5, N0.01E10 N0.001E0, N0.1E10)为了显示AEW可能带来的差异。显著的信号在0°C N0.001E0和N0.01E0指出,可能是与相变有关。N0.001E0和N0.01E5电影的分析显示,那么激烈,更重要的山峰在0°C和−30°C,分别。样本N0.01E10(如N0.1E10样本)包括第二损耗角正切峰值约为0°C。机械等。21)和Martinez-Camacho et al。33观察壳聚糖的Tg值和羟丙甲纤维素在203°C和164°C,分别,而Kittur et al。34和否决权等。35没有发现任何Tg的证据。的最大的图对应于非晶态的转变温度区域的聚合物(α放松)36]。Tg强烈依赖于薄膜成分和水分含量,可以表示一个电影的稳定。作为非晶态材料的含水量增加,Tg减少。双切线峰值在N0.1E10电影,这表明两个相变或弱的存在同质性的材料。图上的两个独立的山峰的损耗角正切可能是与氯化钠含量较高有关。聚合的填充物会导致聚合物矩阵和填料的异构集合。这是检查发现随着氯化钠浓度的增加电影α放松朝着更高的温度和最大更低。AEW的使用造成的主要放松转向更高的温度可能表明限制分子运动(37]。接近于0°损耗角正切值表明高灵活性的样本。电解过程显著提高热机的聚合物涂层的性质。是观察5分钟电解N0.01E5弹性则提高了27.28%,伸长率电解时间促进减少54.55%未经处理的样品相比N0.01E0 (0.55°)。电解过程创建了海绵的网络电影,这证实了扫描电镜分析。当材料的孔隙度增加,弹性也增加(38]。

3.7。接触角测量

润湿电影的照片如图所示7。这项研究表明,没有明显变形之间装有AEW的电影。电影的破坏是由溶解的样品接触水。这个过程是伴随着压力的形成,导致变形的样品。在测试样品N0.01E0电影主题无关紧要的变形。有两种类型的终端组的化学结构研究电影:疏水甲基(ch₃)和亲水性羟基(CH₃-哦)。在第一阶段的分析甲基被暴露在外面,防止水渗透的内部表面的电影。的测试表面涂层与水湿,这可能导致其动态重组。亲水的羟基逐渐出现在材料表面。水滴被扩展,但普及率是无关紧要的。N0.1E0化学稳定性,N0.001E5、N0.1E5 N0.1E10电影观察期间的测量。指出,接触角值的电影非常相似,在56°-73°范围。这证明无关紧要的测试样品表面化学结构的差异。接触角大于90°表明表面疏水性和低于90°与亲水性的表面39]。接触角低于90度可以表明了电影的特点是高润湿性。公园等。31日]发现溶菌酶的加入导致电影增加疏水侧链结构和可能的亲水性下降负责lysozyme-chitosan电影。

4所示。结论

AEW生产控制参数允许修改属性的可食用的保护电影,包括它们的溶解性和润湿性,电解过程改善弹性聚合物的电影。AEW的使用并不会导致不良化学成分的变化的电影证明了¹MALDI-TOF H核磁共振,红外光谱分析。低盐浓度的使用保证获得均匀的涂层表面与所有组件和可取的凝聚力。应用酸性电解铝水发生器可以实现到已经存在的食品加工系统。融合AEW生物聚合物和溶菌酶容易引入,将提供更好的与涂布产品的集成。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究受到了弗罗茨瓦夫生物技术中心,项目主要国家研究中心多年来(知道)2014 - 2018。作者感谢分子和大分子研究中心的研究人员,波兰科学院在罗兹的支持。