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采用壳聚糖-三聚磷酸酯-百里香纳米颗粒经热喷墨打印而成的新型活性包装材料——摘要、简介

来源:Unisense 浏览 54 次 发布时间:2021-09-13

摘要


开发了基于壳聚糖(Qo)以及Qo和藜麦蛋白(EPQ)混合物的新型活性包装薄膜。使用喷墨印刷将膜用壳聚糖-三聚磷酸盐纳米颗粒(NQos)和负载百里酚(NQoThs)的NQos印刷。通过浇铸高粘度Qo和Qo/EPQ溶液(不同比例)制备薄膜。适合印刷的薄膜是根据它们的机械性能和在模拟新鲜水果储存条件下的低吸水量来选择的。低分子量Qo与三聚磷酸盐的离子凝胶化产生了60 nm的球形纳米粒子,如TEM所见。在将NQoTh悬浮液印刷成薄膜之前,加入20%的甘油以改变悬浮液的表面张力和运动粘度。添加甘油使Z平均值和PDI分别增加了24%和12%,并使Z电位降低了15%。与对照相比,两种NQoTh印刷薄膜都具有增强的阻隔性能。通过喷墨印刷结合百里酚(Th)的效率取决于印刷层数、接触角、添加到分散体中的甘油量以及薄膜类型。使用Franz细胞进行的Th释放分析表明,这两种薄膜连续递送8天。薄膜的Th释放曲线的差异归因于薄膜上NQoTh位置的差异。与NQo印刷和对照薄膜相比,NQoTh印刷薄膜对无害李斯特菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌、产气肠杆菌、铜绿假单胞菌和大肠杆菌表现出更高的抗菌活性。纳米技术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。该技术还将促进新包装材料的开发,以延长新鲜水果的保质期。


一、简介


开发新的包装材料可以延长新鲜或微加工食品的保质期,通过减少食源性疾病的爆发来维护消费者安全,减少生产部门的损失,并且对生态友好,一直是广泛努力的重点。已经研究了多种材料,特别是生物聚合物,例如脂质、蛋白质、多糖及其混合物,以增强薄膜作为包装材料的特性(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,壳聚糖(Qo)由于其生物相容性、低毒性、可生物降解性和抗菌活性(AM)而被广泛研究(Majeti&Kumar,2000)。Qo是一种丰富的可再生材料,生产成本低;因此,人们对其在可食用涂层和薄膜中的应用越来越感兴趣(Berger等人,2004年;Cortez等人,2010年)。Qo已经被用作芦笋(Qiu、Jiang、Ren、Huang、&Wang,2012)、石榴(Ghasemnezhad、Zareh、Rassa和Sajedi,2013)和苹果片(de Britto&Assis,2012)的涂层,在其他新鲜农产品中。


Qo还与源自鱼明胶的蛋白质(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)结合使用;Ferreira、Nunes、Delgadillo和Lopes-da-Silva,2009年)和芸豆(Fan等人,2014年)生成混合电影。Abugoch、Tapia、Villam?an、Yazdani-Pedraman和Díaz-Dosque(2011)报道了用Qo和藜麦蛋白提取物(EPQ)的混合物生产薄膜,形成聚电解质复合物。添加EPQ作为增塑剂,提高了薄膜的断裂伸长率,但薄膜的亲水性也显着增加了它们的水蒸气渗透率(WVP)。降低高WVP的一种策略是将脂质加入薄膜中(Ghanbarzadeh&Almasi,2011)。尽管向薄膜中添加油显着降低了WVP,但与不含油的薄膜相比,观察到对薄膜机械性能的不利影响。脂肪酸链诱导异质结构的形成,影响薄膜中聚合物之间的内聚力,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,与脂质和/或蛋白质的相互作用会降低或抑制Qo的AM(Rabea、Badawy、Stevens、Smagghe和Steurbaut,2003年),增加了对加入其他强大AM试剂的兴趣。百里香酚(Th)存在于百里香精油中,对各种微生物菌株表现出有效的AM作用(Guarda、Rubilar、Miltz和Galotto,2011年;Ramos、Jimenez、Peltzer和Garrigos,2012年),被认为是一种由FDA认证的安全食品添加剂(Tripathi&Dubey,2004)。


纳米复合材料可以在不显着影响其机械性能的情况下提高亲水性薄膜的水蒸气阻隔性能(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)。位于成膜聚合物之间连接域中的纳米颗粒(NP)会阻碍气体和水分子通过薄膜的扩散,并对分子通过薄膜的传输产生扩散曲折效应(Bharadwaj,2001;Sorrentino,Gorrasi,&维多利亚,2007)。


在描述的用于活性成分纳米封装的各种方法中,最适合基于Qo的薄膜是那些将Qo用作封装材料的方法,因为这种封装有助于将NP结合到薄膜中。


通过与三聚磷酸盐(TPP)离子凝胶化获得的Qo NPs(NQos)已被广泛研究。大多数程序涉及将TPP解决方案添加到Qo解决方案。已经研究了乙酸溶液中0.5至10 mg/mL的Qo浓度范围(最终浓度为0.2-10 mg/mL)。使用的TPP浓度范围为0.25至1.0 mg/mL。Qo/TPP质量比从2到8不等。还评估了制备后的聚集/颗粒融合现象以及纳米颗粒悬浮液在不同储存条件下的稳定性。这些纳米颗粒对不同类型的活性成分表现出良好的负载能力。


热喷墨打印系统(ITIS)是一种将活性成分整合到不同基质中的新方法(Genina、Janben、Breitenbach、Breitkreutz和Sandler,2013年)。ITIS可以在连续注射模式下运行,也可以使用按需液滴(DOD)。在DOD模式下,墨水以两种方式之一从打印头喷射,具体取决于打印机制造商使用的技术。其中,热喷墨(TIJ)系统可实现受控、精确的分散打印和更有效的墨水在待打印材料上的沉积。


已经评估了使用TIJ系统开发药物输送系统的主要目的是以个性化的方式生成和管理药物(根据每位患者的要求)(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)。我们相信,这项技术也可能是一种通过印刷载有抗菌剂的纳米颗粒来产生新型活性包装材料的有前途的方法。


这项工作的目的是开发使用TIJ(NQo和NQoTh)印刷的Qo和Qo/EPQ纳米颗粒的包装薄膜。对该系统的以下方面进行了研究:i)制造可由TIJ印刷的薄膜的最合适条件;ii)可以在薄膜上留下足够印象的NQoThs悬浮液的制造条件;iii)评估印刷薄膜作为Th的控释平台及其AM对相关微生物的活性,如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、沙门氏菌鼠伤寒血清型、产气肠杆菌和无害李斯特菌。

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