近日，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所院級水產(chǎn)品精深加工與高值化利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在殼聚糖-二氧化鈦復(fù)合顆粒穩(wěn)定的精油Pickering乳液的緩釋抑菌機(jī)制：聚焦油水界面行為研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Mechanisms underlying the slow-release and antibacterial characteristics of Perilla essential oil Pickering emulsions stabilized by chitosan-titanium dioxide composite particles: A study focusing on oil-water interfacial behaviors”為題發(fā)表在Top期刊《Carbohydrate Polymers》（Q1, IF=10.7，聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生王恒恒為第一作者，王悅齊研究員和吳燕燕研究員為通訊作者）。

紫蘇精油（PLEO）因其在食品保鮮和醫(yī)療保健領(lǐng)域的潛在益處而受到重視，但其化學(xué)不穩(wěn)定性限制了其廣泛應(yīng)用。本研究采用殼聚糖（CS）和二氧化鈦（TiO₂）制備了復(fù)合納米顆粒，通過月桂酸鈉（SL）對TiO₂進(jìn)行表面改性，成功實(shí)現(xiàn)了0.1%至3%的TiO₂在CS基質(zhì)中的均勻分散。CS-SL-TiO₂復(fù)合顆粒通過分子間和分子內(nèi)的相互作用，在油水界面形成了穩(wěn)定且具有良好粘彈性的界面膜。該顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液表現(xiàn)出非牛頓假塑性流體特性，即在剪切力作用下粘度降低，同時(shí)具備緩釋和抗菌的多重功能。特別是，含有0.5%和1% CS-SL-TiO₂復(fù)合顆粒的Pickering乳液對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌展現(xiàn)出顯著的抗菌效果。此外，Ritger-Peppas模型被證實(shí)為描述乳液中PLEO緩釋特性的最佳模型。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，乳液的緩釋行為與界面壓力、接觸角、復(fù)合顆粒的粒徑和電位呈正相關(guān)，而與擴(kuò)散速率、滲透速率、釋放動力學(xué)和釋放率呈負(fù)相關(guān)。該研究為開發(fā)具有緩釋功能的多糖基質(zhì)抗菌乳液提供了科學(xué)依據(jù)，也為開發(fā)新型抗菌食品包裝材料提供新思路。

圖形摘要

圖1 含有固定濃度CS（1%, W/W）和不同濃度TiO₂（0%-3%, W/W）的復(fù)合顆粒的傅立葉變換紅外光譜（A）、粒度（B）、體積分布（C）、Zeta電位(D)、原子力顯微鏡圖像(E)、掃描電子顯微鏡圖像(F)和三相接觸角(G)

圖2 界面張力(A)、界面壓力(B)、時(shí)間平方根(t^1/2)與界面壓力的關(guān)系(C)、ln[( π₁₀₈₀₀ - π_t )/( π₁₀₈₀₀ - π₀ )]與時(shí)間的關(guān)系(D)、界面粘彈性模量與界面壓力的關(guān)系(E)、復(fù)合顆粒的界面彈性模量 (F)、界面粘模量 (G)和隨時(shí)間變化的tanφ值(H)

圖3 界面粘彈性模量 (A) 或 tanφ (B) 與頻率的函數(shù)關(guān)系，以及界面粘彈性模量 (C) 或 tanφ (D) 與振幅時(shí)間的函數(shù)關(guān)系

圖4 由殼聚糖 (CS) (1%,W/W)和二氧化鈦 (TiO₂) (0-3%, W/W)組成的復(fù)合顆粒在振幅掃描（ΔA/A = 5%-30%）期間穩(wěn)定的油水界面的利薩如圖

圖5 通過振幅掃描(ΔA/A = 5%-30%)測定的不同濃度復(fù)合顆粒穩(wěn)定的油水界面拉伸（A）和壓縮（B）過程中的S因子

圖6. 復(fù)合顆粒穩(wěn)定的乳液的液滴大小(A)、Zeta電位(B)和激光共聚焦顯微鏡圖像(C)

圖7.復(fù)合顆粒的存儲模 (G′) (A)或損耗模量(G″) (B)與頻率的函數(shù)關(guān)系、存儲模量(G′)與應(yīng)力的函數(shù)關(guān)系(C)以及乳液粘度與剪切速率的函數(shù)關(guān)系(D)

圖8. 不同濃度的復(fù)合顆粒穩(wěn)定乳液中環(huán)氧乙烷的緩釋曲線(A)、緩釋百分比 (B)以及對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌效果(C)

圖9 不同指標(biāo)之間的相關(guān)性分析(A)，復(fù)合顆粒穩(wěn)定的精油皮克林乳液緩釋抑菌機(jī)制（B）