【摘 要】
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壳聚糖作为一种天然碱性多糖,由于其来源广泛、生物相容性良好且具有一定的抗菌活性,在医疗健康、食品包装、水处理等领域有广泛的应用前景。然而,壳聚糖具有p H敏感性,仅能溶于p H<6的酸性溶液中,这种性质限制了它在生物体环境中的应用。另外,壳聚糖只能在酸性溶液中质子化,导致其有效的抗菌性难以满足目前的抗菌需求。因此,改善其水溶性并将其与其他抗菌剂结合以产生协同抗菌效果是研究人员关注的重点。纳米氧化锌
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壳聚糖作为一种天然碱性多糖,由于其来源广泛、生物相容性良好且具有一定的抗菌活性,在医疗健康、食品包装、水处理等领域有广泛的应用前景。然而,壳聚糖具有p H敏感性,仅能溶于p H<6的酸性溶液中,这种性质限制了它在生物体环境中的应用。另外,壳聚糖只能在酸性溶液中质子化,导致其有效的抗菌性难以满足目前的抗菌需求。因此,改善其水溶性并将其与其他抗菌剂结合以产生协同抗菌效果是研究人员关注的重点。纳米氧化锌作为一种生物相容性好、无毒的半导体材料,具有光谱抗菌性。它作为抗菌剂掺杂到聚合物基体中可以改善基体的机械性能和阻隔性,被广泛研究应用于食品包装。聚乙烯醇(PVA)作为一种可降解的合成聚合物,具有良好的水溶性和成膜性。但其面临亲水性过高以及缺乏抗菌活性的问题。因此,本文拟利用精氨酸改性壳聚糖,再利用改性壳聚糖螯合锌离子制备纳米氧化锌,最后以ACS和ACS-ZnO NPs作为抗菌剂和阻隔剂引入到PVA基体中制备成一款具可降解的抗菌水果保鲜膜。具体研究内容如下:(1)通过N-酰化反应,以EDC/NHS作为活化剂,将精氨酸接枝到壳聚糖的-NH2基团上,制得不同取代度的精氨酸化壳聚糖(ACS)。FTIR和~1H NMR结果证明精氨酸成功接枝,取代度为0.193。水溶性测试结果表明ACS相比未改性的壳聚糖其水溶性明显改善。ACS对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的最小抑菌浓度为300 ppm,表明其具有较好的抗菌活性。ACS对A549细胞的MTT法和活死细胞染色测试结果表明共培养浓度为40 mg/m L时,细胞存活率仍在90%以上,细胞毒性为1级,和生物相容性。(2)利用ACS对Zn2+的螯合作用,以ACS为软膜板,硝酸锌为锌源,通过共沉淀法制得ACS-ZnO NPs。利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对ACS-ZnO NPs的形貌进行观察,结果表明制备的纳米氧化锌为外层包覆有ACS的近球形颗粒,表面粗糙,粒径分布为100-200 nm。FTIR、紫外分光光度计(UV-Vis)和EDS对ACS-ZnO NPs的表征结果进一步表明ACS和纳米ZnO存在相互作。抑菌圈测试结果表明ACS-ZnO NPs对金黄色葡萄球菌(15.9 mm)和大肠杆菌(16.9 mm)均有明显的抗菌效果。ACS-ZnO NPs对A549的MTT法和活死细胞染色结果表明其浓度增大到35μg/m L时,细胞存活率仍在80%以上,表明其细胞毒性较低,有较好的生物相容性。(3)利用共混法将ACS和ACS-ZnO NPs添加到PVA基体中通过流延法制备成膜。结果表明,由于分子间相互作用,ACS的加入会提高PVA/ACS复合膜的塑性,相比于纯PVA膜提高了约22%。ACS-ZnO NPs作为无机交联剂和阻隔剂加入到PVA/ACS膜中后,当其含量为3%时,复合膜的拉伸强度可以提高到32±2.46 MPa,断裂伸长率会降低为282±5.87%,复合膜的水蒸气透过率降低为0.121 g·mm·m-2·h-1·k Pa-1,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制率分别达到72%和75%。PVA/ACS-3膜的土壤降解实验结果表明复合膜在第27天时失重率为39%,具有较好的可降解性。最后,相比于空白对照组和商用膜,PVA/ACS-3膜包裹下的圣女果在37℃下的保鲜时间可以延长至第9天。
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