从溶菌酶和麦芽糊精的水溶液混合物中制备静电纺丝纤维及其纤维形态

《Food Hydrocolloids》:Preparation of Electrospun Fibers from Aqueous Lysozyme and Maltodextrin Blends and Fiber Morphology

【字体: 时间:2025年12月27日 来源:Food Hydrocolloids 12.4

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  制备麦芽糊精-溶菌酶纤维及特性研究。采用针less电纺技术,以80/85/90g麦芽糊精与5-25g溶菌酶配比溶液,探究不同浓度对电纺速率、纤维直径及蛋白含量影响。结果显示80-20组电纺速率最高(7.6±0.03g/h),纤维直径随溶菌酶比例增加而增大,蛋白含量差异达13.5%,纤维表面光滑但有局部 bead 形成和厚度不均。FTIR证实无新化学键形成。

  
莫妮卡·吉比斯(Monika Gibis)| 海科·鲁米格(Heiko Rumig)| 约亨·魏斯(Jochen Weiss)| 蒂尔·舒马赫(Till Schumacher)
德国斯图加特霍恩海姆大学(University of Hohenheim)食品科学与生物技术研究所(Institute of Food Science and Biotechnology)食品材料科学系(Department of Food Material Science) 地址:Garbenstrasse 21/25, 70599 Stuttgart, Germany

摘要

本研究旨在通过无针电纺技术从麦芽糊精DE2(MD)和溶菌酶(LYS)的水溶液中制备纤维,并对其形态特性进行了研究。实验条件包括:麦芽糊精用量分别为80克、85克或90克,溶菌酶用量分别为5克、10克、15克、20克或25克,同时加入100克超纯水。采用扫描电子显微镜(SEM)测定了电纺速率和产率、纺丝液及纤维中的蛋白质浓度以及纤维直径。结果发现,当麦芽糊精用量为80克、溶菌酶用量为20克时(组合80-20),电纺速率最高,为7.6±0.03克/小时;而当麦芽糊精用量为80克、溶菌酶用量为15克时(组合80-15),电纺速率最低,为1.93±0.01克/小时。分析表明,纺丝液与纤维中的蛋白质含量存在差异,其中溶液中的蛋白质浓度比纤维中的蛋白质浓度高7.9%至13.5%(组合80-10、85-10、90-10),而低13.7%至11.8%(组合80-25、85-25、90-25)。SEM图像显示,组合85-10制备的纤维直径最小(3.63±1.18微米),而组合90-25制备的纤维直径最大(5.95±4.03微米)。蛋白质含量最高的纤维(组合80-25、85-25、90-25)直径大于蛋白质含量最低的纤维(组合80-5、85-5、90-5)。纤维的结构和表面基本光滑,但偶尔会出现珠状结构以及纤维内部的厚薄不均区域。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析未发现麦芽糊精与溶菌酶在纤维中发生进一步的化学反应。

引言

无针电纺技术是一种具有前景、成本低廉且操作简单的技术,无需使用针头,近年来这一技术变得越来越重要(Lee, Moon, Lahann, & Lee, 2023)。该技术利用高压从带电聚合物溶液中制备出非常细的纤维。当电场强度达到临界值时,纤维会从“泰勒锥”(Taylor cone)中喷出(Lee等人,2023;Subbiah, Bhat, Tock, Parameswaran, & Ramkumar, 2005)。

材料

所使用的麦芽糊精Eliane? MD2(MD)由马铃薯淀粉制成,其葡萄糖当量(DE)为2,平均分子量(Mm)约为131.93 kDa(来源:Avebe, Veendam, 荷兰)。喷雾干燥后的颗粒状溶菌酶(LYS)由OVOBEST Eiprodukte GmbH & Co. KG(德国Neuenkirchen-V?rden)提供。

麦芽糊精-溶菌酶溶液的制备

共制备了15种不同的麦芽糊精-溶菌酶溶液,每种溶液重复三次实验。麦芽糊精的用量分别为80克、85克和90克,溶菌酶的用量分别为5克、10克、15克、20克。

电纺麦芽糊精-溶菌酶纤维的制备

为了比较不同纺丝溶液的产率,实验过程中测量了生产速率。表2显示了各样品的产率和电纺速率:在所有15个样品中,组合80-20的电纺速率最高,为7.60 ± 0.03克/小时。此外,组合80-20(麦芽糊精80克、溶菌酶20克)也表现出较高的电纺速率和产率;组合90-5(麦芽糊精90克、溶菌酶5克)的电纺速率和产率也相对较高。

结论

成功完成了从麦芽糊精-溶菌酶分散体制备食品级纤维的无针电纺过程。研究了麦芽糊精和溶菌酶的比例对纤维电纺速率、产率和质量的影响。虽然溶菌酶在高浓度下对纤维电纺速率、产率和质量的影响较小,但达到最佳粘度对于制备无珠状结构的优质纤维至关重要。

作者贡献声明

海科·鲁米格(Heiko Rumig):负责撰写初稿、数据可视化处理、数据分析及形式化分析。 莫妮卡·吉比斯(Monika Gibis):负责审稿与编辑、撰写初稿、数据可视化处理、项目监督以及方法论设计。 蒂尔·舒马赫(Till Schumacher):负责审稿与编辑、数据可视化处理及方法论设计。 约亨·魏斯(Jochen Weiss):负责审稿与编辑、项目监督及概念框架的构建。

未引用的参考文献

Cengiz-?all?o?lu等人,2013年。

利益冲突声明

作者声明:他们不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
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