湖南省農業科學院單楊院士團隊在仿果實角質層的殼聚糖-阿魏酸共聚物接枝新方法方面取得進展
目前食品包裝行業高度依賴不可降解的塑料產品，但塑料包裝的過度生產和消耗導致嚴重的生態環境問題，并危害人類的健康。因此，開發可降解和環保的生物基材料已成為當前的趨勢。殼聚糖，作為一種陽離子多糖，因其來源廣泛、無毒、可生物降解、抗菌性能以及良好的成膜能力，其包裝材料在食品工業中具有潛在的應用前景。然而，殼聚糖較差的水溶性和抗氧化能力極大地限制了它的應用，而通過接枝共聚能獲得性能優異的殼聚糖共軛物及相應生物基膜。相比于其它接枝方法，芬頓體系介導的接枝方法因其簡單、有效、環保且無毒而被廣泛運用，但該方法反應時間過長且取代度低。因此，迫切需要探索一種合適的方法來提高芬頓系統介導的接枝效率。
近日，單楊院士團隊丁勝華副研究員在超聲協同芬頓體系制備殼聚糖-阿魏酸共聚物及對應活性薄膜方面取得進展，相關成果以“Ultrasonication significantly enhances grafting efficiency of chitosan-ferulic acid conjugate and improves its film properties under Fenton system”為題發表在農林科學領域一區TOP期刊Food Research International（IF：7.425）上，我院2020級碩士研究生徐海山為第一作者，丁勝華副研究員為通訊作者，湖南大學生物學院隆平分院為第一單位，湖南省農業科學院農產品加工研究所為第二單位。該研究得到了國家自然科學基金（32272257），湖南省自然科學基金項目（2022JJ30330）、長沙市杰出創新青年培養計劃（KQ1905025）等項目的支持。
本研究通過不同時間的超聲-芬頓體系（FUS）制備殼聚糖-阿魏酸共聚物，并選擇合適時間的FUS制備共聚物得到對應薄膜，對結構、功能、流變學和物理特性進行研究。與傳統芬頓體系相比，FUS提高了共聚物的接枝率，且隨著超聲時間的延長，接枝率先升高后降低。超聲時間為1 min的FUS制備的共聚物（FUS1）具有最高的接枝率（121.28 mg/g），其接枝時間相比于芬頓接枝法從12 h縮短至1 min。FT-IR和XRD結果表明阿魏酸通過酯鍵和酰胺鍵與殼聚糖共價連接，且共聚物的結晶度相比于殼聚糖明顯降低。SEM和Mw分析表明共聚物的降解程度隨超聲時間的增加而增加。此外，FUS1的DPPH和ABTS自由基清除活性最接近Vc，且具備最優的抗菌效果。因此，選擇FUS1制備活性薄膜。FUS1膜液粘度相比于殼聚糖膜液明顯降低。與殼聚糖基膜相比，FUS1膜的紫外透射率接近0，水蒸汽、氧氣和二氧化碳滲透性均顯著降低，且水溶性和拉伸強度提高了58.09%和25.72%。因此，超聲-芬頓體系是一種高效制備食品活性包裝材料的方法，FUS1薄膜具有廣闊的應用前景。
本研究首次比較了超聲-芬頓體系和傳統的芬頓體系制備殼聚糖-阿魏酸共聚物的接枝效率，并探究了不同超聲時間對共聚物接枝效率、結構性能、熱穩定性、抗氧化性能和抗菌性能的影響，開發出一種綠色、環保、高效制備性能優異的殼聚糖-阿魏酸共聚物的方法，并開發出適合于果蔬和生鮮預制食品的活性包裝膜。
來源：湖南省農業科學院時間：2023-01-04
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