海藻酸钠-Jamun(Syzygium cumini)多酚包封膜和生物复合膜的制备及性能研究

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Jamun或Jambolan(Syzygium cumini)是重要的药用植物之一,属于桃金娘科,其果实、种子、树皮和树叶可作为传统药物用以治疗腹泻、降血糖和抗菌等。S.cumini具有多种的食用健康益处,如促进癌细胞凋亡和抑制乳腺癌细胞增殖。S.cumini提取物不仅在印度等国家已被用于糖尿病的治疗,而且其植物多酚亦可作为有效的抗氧化剂,避免油脂的氧化降解。此外,S.cumini种子和果实提取物已成为抗菌剂的重要来源之一。同时也有研究表明,天然和药用生物活性化合物可通过封装或涂层技术接枝到生物聚合物上形成复合物,达到提高控制释放度、延长货架期、增强稳定性以及在不良环境中提供保护作用的目的。因此,本研究的目的是优化S.cumini的种子和果实中生物活性成分的提取方法,并研究其与不同种聚合物混合形成藻酸盐复合物的能力,在比较复合物的稳定性和功能性的基础上,将藻酸盐复合物进一步制成面包片包装膜,以维持面包的品质,提高面包的货架期。具体工作及结果如下:1.通过响应面法(RSM)确定了从S.cumini种子中提取多酚的最佳工艺条件。研究了多酚提取物的抗氧化活性以及对α-淀粉酶和胰脂肪酶的抑制作用。结果表明,在提取时间60 min、乙醇浓度63%、溶剂/固体比44 mL g-1、超声波提取的提取条件下,提取物的总多酚含量最高,对α-淀粉酶和胰腺脂肪酶的IC50值最低。进一步研究发现S.cumini种子多酚提取物的主要的酚类化合物为儿茶素、表儿茶素、山奈酚、没食子酸、5-咖啡酰奎尼酸、咖啡酸和阿魏酸。其对α-淀粉酶和胰脂肪酶的抑制率分别为87.66±5.55%和86.61 ± 3.15%。最终结果表明,S.cumini种子多酚提取物不仅可以作为一种天然抗氧化剂,而且还具有抗糖尿病和抗肥胖生物活性。2.采用高速逆流色谱法(HSCCC),通过使用不同溶剂组合从S.cumini果浆中分离出三种花色苷二葡萄糖苷,并确立最优溶剂组合比例。通过HPLC/ESI-MS鉴定分离物分别为翠菊素3,5-二葡糖苷(DDG),矮牵牛苷3,5-二葡糖苷(PDG)和麦维京3,5-二葡糖苷(MDG)。150 mg的样品中DDG,PDG和MDG含量分别为7.53、22.68和39.09 mg。此外,MDG在抑制LPS诱导的RAW264.7巨噬细胞中释放NO和促炎性介质(如IL-6,IL-1β和TNF-α)方面具有明显优势。最终结果表明,HSCCC方法可用于从S.cumini果浆中分离出具有抗氧化和抗炎活性的天然成分。3.利用海藻酸钙封装S.cumini种子多酚提取物,以保持后者稳定性和功能性。通过氯化钙作为交联剂合成海藻酸钙胶囊,依据海藻酸钠和氯化钙的不同比例来优化包封方法。主要进行了两种不同的胶囊干燥方法:冷冻干燥(FD.C)和真空干燥(DC)。FD.C和D.C的封装效率分别为75.96±0.68和70.20±0.59%。扫描电子显微镜(SEM)和力学性能结果表明,D.C的多糖网络非常牢固,可以防止TPC在胃阶段释放,并于肠阶段中进行缓释。虽然FD.C表现出脆弱的多糖网络,但是在胃阶段仍能阻止TPC的释放,并且在肠阶段中可检测到比DC更多的TPC释放量。对于FD.C和D.C,微囊化工艺分别提高了提取物的热稳定性,分别为171.97℃和180.36℃。4.通过使用海藻酸钠(SA)建立了有效包埋S.cumini花色苷提取物(ANC.E)的方法。首先以SA作为载体分别与麦芽糖糊精(MD)、阿拉伯树胶(GA)和壳聚糖(CH)反应。其次,将不同种类的胶凝混合物颗粒进行冷冻干燥。结果表明,储存期内的封装效率、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、热性能、形态结构、物理性质、ANC.E 降解和颜色性质均有很大的变化。SA.CH颗粒(1.5%0.8%,w/v)的ANCE(278.21 mg/100mL)溶液中的最佳包封效率达到92.4%。SA.CH颗粒表面呈片状颗粒状,并且在FT-IR分析中显示出新峰和波数漂移。此外,与其他测试颗粒相比,除SA.CH 颗粒外,在 SA.GA 颗粒的 ANC.E(278.21mg/100mL)溶液中的 SA(1.5%w/v)和GA(0.8%w/v)将ANC.E的降解率分别降低至3.57%和3.96%。同时,它们在储存期间颜色特性无显著性变化。因此,本实验优化得到的方法可将ANC.E用作功能性食品中的着色剂。5.制备新型可生物降解的海藻酸钠/阿拉伯胶(SG)薄膜。研究S.cumini种子提取物(SCSE)掺入SG膜后对后者的形态结构、聚合物相互作用、热性能、抗氧化活性和物理性质的影响。此外,将制成的薄膜复合物作为涂层材料,可延长面包切片的货架期。扫描显微(SEM)照片显示,薄膜复合物的表面不均匀且粗糙。通过FT-IR评估海藻酸盐和阿拉伯胶之间可能的交联相互作用以及SCSE和SG膜之间的物理相互作用。尽管SCSE降低 SG膜的热稳定性、断裂断裂伸长率(EB)、拉伸强度(TS)和水分含量,但后者也因此获得了更好的不透明性、溶解性和水蒸气渗透性。SG-SCSE膜对黑曲霉和黄曲霉的生长表现出明显的抑制作用,而且面包质地与新鲜面包相比没有明显差异。综上所述,作为农副产品的S.cumini种子可用于生产天然多酚提取物,这些天然多酚提取物可作为酶抑制剂治疗糖尿病和肥胖症。并且还可从S.cumini果浆中分离出具有高纯度和良好的清除自由基活性的花色苷。此外,海藻酸钠作为一种理想的基质,可在钙离子的协同下与其他聚合物相互作用合成微胶囊,该微胶囊可用于包埋S.cumini生物活性提取物来控制其释放或延长敏感成分(如花色苷)的货架期。此外,海藻酸钠可与阿拉伯树胶的结合形成一种新型的生物活性复合膜,该膜可与S.cumini种子提取物复合,可用于抑制面包切片表面酵母和霉菌的生长,保证面包切片的品质。
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