苦櫧粉／羧甲基殼聚糖膜的制備及抗氧化能力評價

王杰 夏彩芬 周麗 田翔

摘要：以羧甲基殼聚糖（CMC）與聚乙二醇（PEG）為鑄膜液，以苦櫧淀粉（HOS）為抗氧化添加劑，采用高速剪切的方式制備了HOS/CMC/PEG復(fù)合膜，并對復(fù)合膜進行力學(xué)性能測試、形貌表征及抗氧化能力評價。由試驗結(jié)果可知，HOS在復(fù)合膜中均勻分布，當HOS含量為13%時，對DPPH自由基清除率能達到11.92%：當HOS含量為10%時，對超氧陰離子（02-）去除能力最高，為15.26%;當HOS含量為7%時，對羥基自由基（·OH）清除率最高，為40.57%。

關(guān)鍵詞：羧甲基殼聚糖;苦櫧粉;抗氧化能力;高速剪切

中圖分類號：TQ914.1

文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（ 2020） 08-0116-05

D01：10.1408 8/j.cnki.issn0439-8114.2020.08.026

苦櫧（Castanopsis sclerophytlaL.），多生長在中國南方山丘地區(qū)，一年四季都為綠色[1]。其果實香甜可口，口味獨特，是一種極有營養(yǎng)的純自然食品，具有保健作用，被稱為“森林蔬菜”[2]，其果實經(jīng)加工后可制作成人們?nèi)粘Ｏ矏鄣氖称?，如苦櫧糕、苦櫧?jīng)銎?、苦櫧豆腐[3，4]等。此外，苦櫧淀粉中還包含有蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素等物質(zhì)，對腹瀉和痢疾有獨特的療效，小孩易于接受[4，5]。羧甲基殼聚糖是在殼聚糖分子骨架上引入羧甲基（-CH2COOH）而得到的產(chǎn)物，在水中溶解度極大，并已得到廣泛應(yīng)用[6-10]，而其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、吸濕保濕性強及良好的成膜性等性質(zhì)都決定了它在未來的日化產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更大作用[11，12]?；诖耍狙芯繉⒖鄼椒劢?jīng)高速剪切分散于羧甲基殼聚糖膜中，并對該復(fù)合膜作為面膜的功效和抗氧化性進行評價。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羧甲基殼聚糖（CMC），上海笛柏生物科技有限公司;聚乙二醇（PEG，化學(xué)純），江蘇永華精細化學(xué)品有限公司;聚乙烯吡咯烷酮（優(yōu)級純），上海笛柏生物科技有限公司;苦櫧粉，一級;DPPH（純度≥97%），上海阿拉丁生化科技股份有限公司;鄰苯三酚（分析純），結(jié)晶紫（分析純），國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

SQP型電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司;DF-10IS型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，河南予華儀器有限公司;JRJ300-SH型數(shù)顯剪切乳化攪拌機，上海標本模型廠;SHZ-D型循環(huán)水多用真空泵，鞏義市科華儀器設(shè)備有限公司;DZF-6050型真空干燥箱，上海索普儀器有限公司;AC-IC SKn型萬能拉伸試驗機，日本島津;JSM-6510型掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社;TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 復(fù)合膜的制備將實驗體系總質(zhì)量控制為3.0 9，分別將適量CMC和PEC加入三頸燒瓶中，85℃水浴加熱，攪拌均勻，再向其中加入質(zhì)量比為0.1%聚乙烯吡咯烷酮（PVP），繼續(xù)攪拌均勻，作為鑄膜液備用。另配制一定量苦櫧粉一水本體溶液，85℃下磁力攪拌器攪拌并水浴加熱，直至成糊狀，鋪膜前將苦櫧粉一水本體溶液分批加入鑄膜液中，使苦櫧粉占實驗體系總質(zhì)量的百分比分別為0%、3%、7%、10%、13%，并分別命名為SO、S1、S2、S3、S4，在4 000 r/min條件下進行高速剪切，使苦櫧粉分散均勻，真空脫泡2h，取30 mL混勻的鑄膜液，倒人10 cmxlo cm聚四氟乙烯板中，涂覆均勻后，置于真空干燥箱中于35℃下烘干。

1.2.2 力學(xué)性能測試 將制備好的復(fù)合膜剪成50mmx5 mm的樣條，標距30 mm，并用膠條將樣條兩端貼好固定。所有的復(fù)合膜均制作3根樣條進行拉伸測試，并求取復(fù)合膜的拉伸強度和斷裂伸長率的平均值。

1.2.3 掃描電鏡測試將復(fù)合膜剪成大小適中的樣條，并用膠條固定，噴金2次，用掃描電鏡觀察復(fù)合膜的表面形貌。

1.2.4 吸濕性測試 參考文獻[13]方法并略做修改。室溫下，稱量若干質(zhì)量待測樣品，將樣品放于已烘干的培養(yǎng)皿中，再將已編號的培養(yǎng)皿分別放人2個干燥器中，1個放有飽和（NH4）2S04溶液，相對濕度為80%，另外1個放有飽和Na2C03溶液，相對濕度為43%。測試時間為12、24、36、48、60 h，精確稱量樣品試驗前的質(zhì)量M，和試驗后的質(zhì)量M2，并按公式（1）計算吸濕性Q。

1.2.5 抗氧化能力評價

1）清除DPPH自由基能力的測定。向10 mL離心管中依次加入4 mL pH 7.3 PBS溶液、4mL 0.1mmol/L DPPH無水乙醇溶液，將復(fù)合膜樣條（40mmxlomm）放入離心管中，搖勻，25℃下恒溫振蕩，避光反應(yīng)24 min[14.15]。在517 nm處測定樣品的吸光度Ai，并將樣品用0.3 mL無水乙醇替代，測吸光度A，平行測定3次，取3次測量平均值。并按公式（2）計算復(fù)合膜對DPPH的清除率a。

2）清除超氧陰離子（O2-）能力的測定。向10 mL離心管中加入8.0mL pH 8.2的Tris-HCl緩沖溶液及復(fù)合膜樣條（40 mmx10 mm），在25℃下水浴20min，再加入25℃預(yù)熱的0.1mL鄰苯三酚溶液，混合均勻后，立刻倒入比色皿中，在最大吸收波長處測量樣品的吸光度Q[16]。再用去離子水替代樣品作為對照測吸光度Q0，將樣品溶液與去離子水分別作吸光度隨時間變化的回歸方程，其斜率為自氧化速率，對應(yīng)自氧化速率為△Q、△Q0，每次平行測定3組，取3次測量平均值。用公式（3）計算復(fù)合膜對02一的清除率β。

3）清除羥基自由基（.OH）能力的測定。向10mL離心管中依次加入1mL 0.4 mmol/L結(jié)晶紫溶液、5 mL pH 7.3 PBS溶液、1 mL l mmol/L FeSO4溶液及復(fù)合膜樣條（ 40 mm×10 mm），最后加入1 mL 6%H202溶液，25℃下恒溫振蕩30 min，在最大吸收波長處測量樣品的吸光度A[17]，將樣品用去離子水替代，測吸光度A1，再將樣品和H202溶液用去離子水替代，測吸光度A2，每次平行測定3組，取3次測量平均值。用公式（4）計算復(fù)合膜對.OH的清除率γ。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin8.0作圖，并進行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能分析

為探究苦櫧粉含量對復(fù)合膜力學(xué)性能的影響，對復(fù)合膜在100 kN下進行拉伸測試。結(jié)果見圖1。由圖1可見，隨著苦櫧粉含量的增大，復(fù)合膜的拉伸強度及斷裂伸長率均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。其中，樣品S2的拉伸強度最大，為2.54 MPa，斷裂伸長率也最大，為53.32%，表明復(fù)合膜S2的機械強度最好。

2.2 掃描電鏡圖譜分析

為了解苦櫧粉在復(fù)合膜中的分散效果，對復(fù)合膜進行SEM測試，取放大1 000倍的SEM圖（圖2）。由圖2可見，未加入苦櫧粉時，PEG/CMC膜表面光滑平整（SO），加入苦櫧粉后，HOS/PEG/CMC復(fù)合膜仍比較光滑且平整，且苦櫧粉顆粒分散均勻（S1），隨著苦櫧粉含量的增加，復(fù)合膜的表面變得略微粗糙，但仍均勻（S2、S3和S4），這表明采用高速剪切的方式可使苦櫧粉均勻分散在復(fù)合膜中。

2.3 吸濕性分析

圖3為復(fù)合膜吸濕性能的檢測結(jié)果。室溫下，將復(fù)合膜放置在相對濕度不同的環(huán)境中進行吸濕性測試[13]。由圖3a可知，相對濕度為80%時，樣品吸濕率排序為Qs3>Qs4>Qs2>Qs1>Qs0，且不同樣品的吸濕率均隨放置時間的增長而增大。當放置時間為60h時，各個樣品的吸濕率均達到測試時間范圍內(nèi)的最大值，此時，S3的吸濕率最大，為59.2%，表明其補水效果最好。

由圖3b可知，相對濕度為43%時，樣品吸濕率的排序為Qs3>Qs2>Qs4>Qs1>Qs0，復(fù)合膜的吸濕率隨著放置時間的增長先增大后減小，當放置時間為36 h時，樣品S3的吸濕率達到最大，為53.3%。后期吸濕率變化不大可能是由于隨著時間的延長，該環(huán)境下復(fù)合膜的吸濕率達到飽和[13]。

2.4 抗氧化能力評價

正常情況下，生物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生與消除處于相對平衡狀態(tài)，但外部環(huán)境的影響可以增加氧自由基的形成，自由基可浸潤和損傷皮膚細胞結(jié)構(gòu)，在細胞膜受損處產(chǎn)生類脂過氧化物，引起一系列的突變過程，對皮膚造成損傷，加速皮膚的衰老“4]。自由基種類繁多，因此全面測定復(fù)合膜清除自由基能力是評價其能否安全使用的標志之一。

2.4.1 清除DPPH自由基能力的分析DPPH是一種穩(wěn)定的氮中心的自由基，有機溶劑中顯紫色，在517 nm處有強吸收。當溶液中有自由基清除劑存在時，DPPH自由基的孤電子被配對，顏色變淺，在517 nm處吸光度減小[15，16]1。通過測定吸光度的變化情況，可檢測自由基的清除情況，從而評價樣品的抗氧化性。

由圖4可知，復(fù)合膜對DPPH清除率a隨著苦櫧粉含量的增加而逐漸增大，清除率排序為aS4>aS3>aS2>aS1 >as0。樣品S4對DPPH的清除率最大，為11.92%，清除效果最佳。

2.4.2 清除超氧陰離子（02-）能力的分析弱堿性條件下，鄰苯三酚發(fā)生自氧化反應(yīng)，生成02-及有色中間產(chǎn)物，吸光度逐漸增大，其自氧化速率與02一的濃度正相關(guān)，消除02-則抑制自氧化反應(yīng)，以此來評價樣品對02-的清除能力[17]。

由圖5可知，復(fù)合膜對02一清除率β隨苦櫧粉含量增加先增大后減小，其清除率排序為β3>βS2>βS4>βs1>βs0。復(fù)合膜對01-的總體清除率呈現(xiàn)“凸”字形，表明當復(fù)合膜中苦櫧粉含量為10% （S3）時，對02-的清除率最大，達到15.26%。進一步增加苦櫧粉含量，清除率反而有減小的趨勢。

2.4.3 清除羥基自由基（.0H）能力的分析 . OH是目前已知的氧化活性最強的活性氧自由基，對生物體內(nèi)的氨基酸、蛋白質(zhì)等物質(zhì)都會造成損傷[18.19j。因此，本研究利用分光光度法測定復(fù)合膜對.OH的清除率，從而測定復(fù)合膜的抗氧化活性。由圖6可知，復(fù)合膜對.OH的清除率γ隨苦櫧粉含量的增加呈先增大后減小的趨勢，清除率排序為γs2>γs2>γs3≈γS0>γS4，即樣品S2對.OH的清除率最大，為40.57%，其清除效果最好。

3 結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，隨著苦櫧粉含量的增大，復(fù)合膜的拉伸強度及斷裂伸長率均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，其中，樣品S2的機械性能最好;對復(fù)合膜的吸濕性測試中，在相對濕度不同的環(huán)境下，樣品S3的吸濕率均最大，補水效果最好;采用3種抗氧化評定方法對復(fù)合膜的抗氧化能力進行評價，結(jié)果表明，樣品S4對DPPH的清除效果最佳，樣品S3對O2一的清除效果最明顯，樣品S2對.OH的清除效果最明顯，綜合來看，當苦櫧粉的添加量在10%左右時，復(fù)合膜的機械性能、吸濕性能和抗自由基能力都比不添加時有顯著優(yōu)勢。

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基金項目：湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目（ B2015034）;國家自然科學(xué)基金項目（21503075）

作者簡介：王杰（1997-），女，河南開封人，在讀碩士研究生，研究方向為應(yīng)用化學(xué)，（電話）15897696773（電子信箱）286302968l@qq.com;通信作者，夏彩芬（1979-），女，湖北武漢人，副教授，（電話）13971968074（電子信箱）xintong7903@126.com。