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