淀粉基纳米纤维口腔速溶膜的制备及其性能研究.pdf

1、84摘要：以纯水作为溶剂，辛烯基琥珀酸（OSA)淀粉和聚乙烯醇（PVA）为基质制备纳米纤维膜，探究不同OSA淀粉与PVA质量比对电纺溶液和纳米纤维膜形貌的影响。进一步制备含有姜黄素-环糊精包合物的淀粉基纳米纤维口腔速溶膜，并研究其性能。结果表明：随着OSA淀粉质量占比的增加，电纺溶液的黏度和电导率逐渐降低，纳米纤维膜的平均直径明显减小；当OSA淀粉与PVA质量比低于6:4时，制备的纳米纤维膜均匀连续无缺陷；基于姜黄素-环糊精包合物制备的纳米纤维膜，其热稳定性增强、水溶性提高，并具有长期的储存稳定性，适合作为递送食品活性因子、快速补充人体营养成分的新型载体。关键词：淀粉；纳米纤维；姜黄素；-环糊

2、精Study on the preparation and properties ofstarch-based nanofiber oral instant filmDING Hai-qin,MU Juan(School of Mechatronics and Information Engineering,Wuxi Polytechnic College,Wuxi 214000,Jiangsu,China)Abstract:Nanofiber films were prepared with pure water as solvent,octenyl succinic acid(OSA)st

3、archand polyvinyl alcohol(PVA)as matrix,and the effect of mass ratio of OSA starch to PVA on electrospin-ning solution and nanofiber film morphology was investigated.Starch-based nanofiber oral instant filmcontaining curcumin-cyclodextrin inclusion complex was prepared and its properties were studie

4、d.Theresults showed that:With the increase of OSA starch mass proportion,the viscosity and conductivity ofelectrospinning solution decreased gradually,and the average diameter of nanofiber film decreased obvi-ously.When the mass ratio of OSA starch to PVA was lower than 6:4,the prepared nanofiber fi

5、lms wereuniform and continuous without defects.The nanofiber membrane prepared with curcumin-cyclodextrininclusion complex had enhanced thermal stability,improved water solubility,and long-term storage sta-bility,which was suitable as a new carrier to deliver food active factors and quickly suppleme

6、nt humannutrients.Key words:starch;nanofiber;curcumin;-cyclodextrin中图分类号：TS201.1口腔速溶膜是一种适合全年龄段人群使用的递送食品活性因子（益生菌、维生素、多酚等）、补充人体营养成分的新型载体。姜黄素是一种从姜黄粮食与油脂淀粉基纳米纤维口腔速溶膜的制备及其性能研究丁海琴，穆娟（无锡工艺职业技术学院机电与信息工程学院，江苏无锡2 140 0 0）文献标志码：A2023年第36 卷第11期文章编号：10 0 8-9 5 7 8(2 0 2 3)11-0 0 8 4-0 6根茎中提取的天然多酚化合物，由于其具有抗炎、抗衰老、

7、抗氧化、抗癌、抗菌、利胆和降血脂等作用1-4,被广泛应用于膳食补充剂的配方中。淀粉收稿日期：2 0 2 3-0 5-16基金项目：国家自然基金青年科学基金项目（319 0 16 45）；山东省重点研发计划（乡村振兴科技创新提振行动计划）项目(2022TZXD0028)作者简介：丁海琴（19 8 5 一），女，博士，高级工程师，研究方向为粮油深加工。2023年第36 卷第11期作为廉价的可再生资源,具有良好的生物降解性，已成为当下较具开发潜力的口腔速溶膜制备材料之一5 。现有淀粉基口腔速溶膜的制备主要是基于溶液流延法，但该方法需要经过干燥过程，耗时较长,且薄膜的均匀性和平整度难以保证6 。静电纺

8、丝是一种电流体力学加工技术,通过利用高静电力将聚合物溶液或熔体产生的黏弹性射流拉伸成细纤维7 。该技术操作简单、条件温和（室温）、可直接连续制备纳米纤维，是制备淀粉基口腔速溶膜的理想选择8 本文以-环糊精作为姜黄素分子包埋剂,以辛烯基琥珀酸（OSA)淀粉为主要成膜材料,以聚乙烯醇(PVA)为辅助成膜材料,以水为唯一溶剂,基于静电纺丝技术制备新型绿色淀粉基纳米纤维膜，并研究电纺溶液和纳米纤维膜的性能。1材料与方法1.1材料与试剂OSA淀粉，上海元业生物科技有限公司;PVA、环糊精，上海麦克林生化科技股份有限公司；姜黄素粉，市售；去离子水，实验室自制。1.2仪器与设备NANON-O1A静电纺丝机，

9、日本MECC公司；MCR302流变仪，德国AntonPaar公司;DDS-307A电导率仪，上海仪分科学仪器有限公司；SU3500扫描电镜，日本Hitachi公司;Spectrum100傅里叶变换红外光谱仪、STA6000同步热分析仪，美国PerkinElmer公司；TU-1810紫外分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司。1.3试验方法1.3.1样品制备1.3.1.1姜黄素-环糊精包合物的制备称取0.7 6 g环糊精于10 0 mL去离子水中，搅拌10 min直至溶液澄清，再加入0.19 g姜黄素粉末,并于5 0 下连续磁力搅拌过夜，然后以5000r/min离心2 0 min,取上清液用滤

10、膜过滤，将滤液冷冻干燥成粉末状姜黄素-环糊精包合物,储存于4 备用。1.3.1.2纳米纤维膜的制备将质量比分别为3：7、4：6、5：5、6：4、7：3的OSA淀粉与PVA溶于10 mL水中,制备出总质量浓度为10 0 g/L的OSA淀粉/PVA(O/P)电纺溶液,用内径0.8 mm的不锈钢针将不同的0/P电纺溶液装粮食与油脂人塑料注射器中,在针尖到收集器距离15 cm、混合溶液流速1.0 mL/h、电压2 5 kV、温度（2 7 2)、相对湿度40%15%的条件下制备出纳米纤维膜（分别记作OP37、O P46、O P5 5、O P6 4和OP73，数字为OSA淀粉与PVA质量比）。同时在电纺溶

11、液（O SA 淀粉/PVA质量比6：4）中,加人姜黄素-环糊精包合物粉末，按照上述方法制作含有姜黄素-环糊精包合物纳米纤维薄膜记作OPC64。1.3.2电纺溶液的电导率测定在室温下，将电导率仪的探头浸没于待测电纺溶液中，测定其电导率。1.3.3电纺溶液的黏度测定在2 5 条件下用流变仪进行流动扫描,测定剪切速率在0.110 0 sl范围内的电纺溶液的表观黏度,并评估电纺溶液的流变行为。1.3.4扫描电镜分析将纳米纤维膜通过导电胶固定在样品台上，进行表面喷金处理后置于扫描电镜下观察样品纤维的微观形貌,加速电压为15 kV。使用nano-measure软件对10 0 根不同纳米纤维的直径进行测量，

12、算出平均值并进行直径分布分析。1.3.5红外分析使用傅里叶变换红外光谱仪采集姜黄素、环糊精、OP64、O PC6 4的红外光谱。分析条件：波数3900800cml、分辨率4cml、扫描次数6 4。1.3.6热稳定性分析将测试样品置于内,然后在氮气保护下以20/m in 的加热速率由室温加热至6 0 0,用热重分析仪测定姜黄素粉末、姜黄素-环糊精复合物、OP64和OPC64的热稳定性。1.3.7抗氧化活性的测定将OPC64水溶液与DPPH溶液以1:10 体积比充分混合，在室温下避光静置30 min后，于波长517nm处测定混合溶液的吸光度A1。同时测定空白对照组吸光度A。（以去离子水代替样品）和

13、样品本底组吸光度A2（以无水乙醇代替DPPH溶液）。DPPH 自由基清除率计算见式(1)。Ao-(A1-A2)DPPH自由基清除率=Ao1.3.8水溶性的测定将2 0 mL去离子水倒人直径9 0 mm的培养皿中,再加人1 cm1 cm OP64和 OPC64,拍照并计时85100%(1)86以分析5 mg姜黄素粉末及其溶解能力。1.4数据分析每组试验平行测定3次,结果以平均值标准差表示;采用SPSS中的Duncan 检验进行显著性分析；采用Origin2021软件绘图。2结果与讨论2.1电纺溶液的黏度由图1可知：随着OSA淀粉质量占比和剪切速率的增加,电纺溶液的黏度均降低。溶液黏度的降低导致内

14、部黏度减弱，电场对射流的拉伸作用增强,从而使纤维直径变小,纤维变得更细。当OSA淀粉质量占比较高时，聚合物链在溶液中的纠缠程度不足以形成均匀的纳米纤维，会导致纳米纤维含串球且不均匀，而随着OSA淀粉质量占比的减少，溶液黏度增高，静电纺丝效率提高，形成的纳米纤维均匀连续无缺陷。1.2r1.00.8S.ed/0.60.40.200图1不同0/P质量比电纺溶液的黏度2.2电纺溶液的电导率由图2 可知：随着OSA淀粉质量占比的增加，电纺溶液的电导率显著下降。电纺溶液中淀粉分500ra400F(uo/si)/率吉甲300F200F100F0OP37图2 不同0/P质量比电纺溶液的电导率注：不同字母表示差

15、异显著（P0.05），下同。粮食与油脂子间和分子内氢键的数量增加，导致溶液本身的聚电解质性能下降。有研究9-10 1表明，电导率过小不利于纤维结构的形成,溶液射流中分子链之间的缠结能力不足以抵抗电场力的作用而发生断裂，淀粉的黏弹性使分子链结块成串珠状。2.3扫描电镜分析2.3.1纳米纤维膜的形貌由图3可知：随着OSA淀粉质量占比的增加，纳米纤维膜由光滑均匀的形态逐渐出现串珠状结构并失去纤维形态。串珠状结构的形成可归因于聚合物链缠结减少，在静电纺丝过程中射流发生破裂。当0/P质量比小于6:4时，制备的纳米纤维均匀连续无缺陷。图3（f）显示添加姜黄素包合物后，纳米纤维膜依然保持良好的表面微观形态。

16、-OP37OP46-OP55-OP64OP732040剪切速率/sbOP46OP55不同O/P质量比电纺溶液2023年第36 卷第11期um(a)OP37(b)OP46(d)OP64(e)OP73图3不同0/P质量比的纳米纤维膜扫描电镜图6080dOP64OP73(c)OP55(f)OPC641002.3.2纳米纤维膜的直径由图4可知：随着OSA淀粉质量占比的增加，所制备的纳米纤维膜的平均直径明显减小，这是因为OSA淀粉质量占比的增加减少了分子纠缠。添加姜黄素-环糊精包合物后，纳米纤维膜的平均直径明显增大,这是由于包合物的添加增加了溶液内的分子纠缠。2.4纳米纤维膜的红外分析由图5 可知：在1

17、6 2 8、16 0 2、15 0 7、142 7、1281、12 32 和12 0 4cm处观察到姜黄素的主要e吸收峰,分别与C一O 伸缩、芳香族C一C 伸缩、苯环振动、CH 伸缩、芳香 CO 和 CC 伸缩、CO伸缩、CC 和C0 伸缩有关12-13。环糊精、OP64、O PC 6 4分别在 30 0 0 35 0 0、2 9 2 5、1 020 cm-1处观察到对应于 OH、CH 和 CC拉伸振动的类似吸收带14。在样品OPC64的红外图谱中观察到位于16 2 8、16 0 2、15 0 7、12 8 1cm-处的姜黄素的特征吸收峰，表明姜黄素已成功嵌人到2023年第36 卷第11期30

18、2520%/1号151050350030002.500 2.0001500-1000波数/cml*162816021800 170016001500 1400 13001200波数/cml图5 姜黄素、环糊精、OP64、O PC6 4的红外光谱图注：*表示特征峰所在位置。电纺纳米纤维膜中。2.5纳米纤维膜的热稳定性分析由图6 可知：在第1阶段(30 12 0)4种样品粮食与油脂平均直径35238.856.383025%/120151050220240260 280直径/nm(a)OP3730平均直径149.3114.172520%/1号1510F5080100120140160180直径/nm

19、(d)OP64图4不同O/P质量比的纳米纤维膜直径分布图OPC64OP64环糊精姜黄素*1507142787平均直径25202.5210.7520%/91151050170180190200210220230240250140160 180200 220直径/nm直径/nm(b)OP46(c)OP5540平均直径35338.429.37302520151050310320330340350360370380390直径/nm(e)OPC64OPC64OP64%/率重￥姜黄素-环糊精包合物！姜黄素100OPC64(uu/%)/率一里OP6412041281232平均直径188.1218.73200

20、300温度/(a）热重曲线310.96305.01姜黄素-环糊精包合物姜黄素100图6姜黄素、姜黄素-环糊精包合物、OP64、O PC6 4的热稳定性的失重率和质量损失率略有降低，质量少量损失是由加热过程中样品中所含有的自由水和结晶水的400348.67372.52200300温度/（b）微分热重曲线50040050060060088蒸发所致。这些样品的质量损失主要发生在第2 阶段,姜黄素粉末、姜黄素-环糊精包合物、OP64和OPC64纳米纤维膜的质量损失范围分别为2 10 440,2 6 0 40 5 、2 5 5 35 0 和2 7 0 35 5 。第3阶段（40 0 6 0 0）的质量损

21、失是由物质分解所致。与环糊精络合后，姜黄素的质量损失（第2阶段)相对应的起始温度转移到更高温度（从2 10 升高至2 6 0），表明环糊精的包封增强了姜黄素的热稳定性。2.6纳米纤维膜的抗氧化活性由图7(a)可知:随着纳米纤维膜(OPC64)质量浓度的增加,其对DPPH自由基的清除率逐渐增高，表明纳米纤维膜抗氧化活性逐渐增强。这是由包合物络合提高了姜黄素的水溶性所致。当纳米纤维膜的质量浓度为32 0 g/mL时,其对DPPH自由基的清除率最高,为9 4.8 8%。由图7(b)可知：随着储存时间的延长,纳米纤维膜(OPC64)对DPPH自由基的清除率总体下降，但在前6 0 d内下降不显著。在储存

22、时间为6 0 9 0 d时,对DPPH 自由基的清除率显著下降。表明姜黄100r%/率塑甲耳Ha8060F40200（a）质量浓度对纳米纤维膜抗氧化活性的影响100ra%/率塑清甲月H806040200（b）储存时间对纳米纤维膜抗氧化活性的影响图7 纳米纤维膜的抗氧化活性粮食与油脂素在长期储存(6 0 d)过程中得到了有效保护,这归因于环糊精的封装，使所制备的纳米纤维膜表现出长期的储存稳定性。2.7纳米纤维膜的水溶性由图8 可知：大多数姜黄素粉末在整个试验时间段（6 0 s）内保持未溶解状态,而添加姜黄素-环糊精包合物的纳米纤维膜在与水接触后立即溶解，并在加水后10 s内完全溶解在玻璃瓶中。尽

23、管姜黄素几乎不溶于水,但由于环糊精的包埋作用，其水溶性明显提高。O/P纳米纤维膜形成透明的溶液。O/P与姜黄素-环糊精包合物纳米纤维膜溶液不如O/P纳米纤维膜的溶液清澈,可能是由于O/P与姜黄素-环糊精包合物纳米纤维膜中存在少量未被包埋的姜黄素姜黄素刚接触60s后OPC64刚接触10s后abCde20纳米纤维膜质量浓度/（g/mL）a030储存时间/d2023年第36 卷第11期OP64刚接触10s后图8 姜黄素、OP64、O PC6 4的水溶性3结论本文采用静电纺丝技术首次成功制备了一种基于绿色溶液体系（纯水）的淀粉基纳米纤维口腔408060160a320b90速溶膜,对电纺溶液和纳米纤维膜

24、性质进行了测定。结果表明,OSA淀粉与PVA质量比对纳米纤维膜的形貌影响显著,随着OSA淀粉质量占比的增加,纳米纤维膜的平均直径明显减小，当OSA淀粉与PVA质量比小于6:4时，制备出的纳米纤维膜均匀连续无缺陷。此外，负载环糊精包埋姜黄素的纳米纤维膜,其热稳定性增强、水溶性提高，并具有良好的抗氧化活性和长期的储存稳定性，适合作为递送食品活性因子、快速补充人体营养成分的新型载体。本研究可为开发一种性能优异的口腔速溶膜提供参考。【参考文献 1 SI Y F,SHI S,HU J L.Applications of electrospinning in2023年第36 卷第11期human heal

25、th:From detection,protection,regulation toreconstruction J.Nano Today,2023,48:101723.【2】聂思垚，聂会军，程兰，等姜黄素的化学成分分析及药理作用研究进展J特产研究，2 0 2 3，45(2)：16 9-174.【3孙子林，肖爽，彭明利姜黄素类药物治疗代谢相关脂肪性肝病的研究进展J中国现代应用药学,2023,40(7):1001-1008.4 KITI K,SUWANTONG O.The potential use of curcumin-cyclodextrin inclusion complex/chito

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