苦槠粉／羧甲基壳聚糖膜的制备及抗氧化能力评价

王杰 夏彩芬 周丽 田翔

摘要：以羧甲基壳聚糖（CMC）与聚乙二醇（PEG）为铸膜液，以苦槠淀粉（HOS）为抗氧化添加剂，采用高速剪切的方式制备了HOS/CMC/PEG复合膜，并对复合膜进行力学性能测试、形貌表征及抗氧化能力评价。由试验结果可知，HOS在复合膜中均匀分布，当HOS含量为13%时，对DPPH自由基清除率能达到11.92%：当HOS含量为10%时，对超氧阴离子（02-）去除能力最高，为15.26%;当HOS含量为7%时，对羟基自由基（·OH）清除率最高，为40.57%。

关键词：羧甲基壳聚糖;苦槠粉;抗氧化能力;高速剪切

中图分类号：TQ914.1

文献标识码：A

文章编号：0439-8114（ 2020） 08-0116-05

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

苦槠（Castanopsis sclerophytlaL.），多生长在中国南方山丘地区，一年四季都为绿色[1]。其果实香甜可口，口味独特，是一种极有营养的纯自然食品，具有保健作用，被称为“森林蔬菜”[2]，其果实经加工后可制作成人们日常喜爱的食品，如苦槠糕、苦槠凉皮、苦槠豆腐[3，4]等。此外，苦槠淀粉中还包含有蛋白质、矿物质和维生素等物质，对腹泻和痢疾有独特的疗效，小孩易于接受[4，5]。羧甲基壳聚糖是在壳聚糖分子骨架上引入羧甲基（-CH2COOH）而得到的产物，在水中溶解度极大，并已得到广泛应用[6-10]，而其化学性质稳定、吸湿保湿性强及良好的成膜性等性质都决定了它在未来的日化产品领域将发挥更大作用[11，12]。基于此，本研究将苦槠粉经高速剪切分散于羧甲基壳聚糖膜中，并对该复合膜作为面膜的功效和抗氧化性进行评价。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

羧甲基壳聚糖（CMC），上海笛柏生物科技有限公司;聚乙二醇（PEG，化学纯），江苏永华精细化学品有限公司;聚乙烯吡咯烷酮（优级纯），上海笛柏生物科技有限公司;苦槠粉，一级;DPPH（纯度≥97%），上海阿拉丁生化科技股份有限公司;邻苯三酚（分析纯），结晶紫（分析纯），国药集团化学试剂有限公司。

SQP型电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司;DF-10IS型集热式恒温加热磁力搅拌器，河南予华仪器有限公司;JRJ300-SH型数显剪切乳化搅拌机，上海标本模型厂;SHZ-D型循环水多用真空泵，巩义市科华仪器设备有限公司;DZF-6050型真空干燥箱，上海索普仪器有限公司;AC-IC SKn型万能拉伸试验机，日本岛津;JSM-6510型扫描电子显微镜，日本电子株式会社;TU-1901型双光束紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司。

1.2 试验方法

1.2.1 复合膜的制备将实验体系总质量控制为3.0 9，分别将适量CMC和PEC加入三颈烧瓶中，85℃水浴加热，搅拌均匀，再向其中加入质量比为0.1%聚乙烯吡咯烷酮（PVP），继续搅拌均匀，作为铸膜液备用。另配制一定量苦槠粉一水本體溶液，85℃下磁力搅拌器搅拌并水浴加热，直至成糊状，铺膜前将苦槠粉一水本体溶液分批加入铸膜液中，使苦槠粉占实验体系总质量的百分比分别为0%、3%、7%、10%、13%，并分别命名为SO、S1、S2、S3、S4，在4 000 r/min条件下进行高速剪切，使苦槠粉分散均匀，真空脱泡2h，取30 mL混匀的铸膜液，倒人10 cmxlo cm聚四氟乙烯板中，涂覆均匀后，置于真空干燥箱中于35℃下烘干。

1.2.2 力学性能测试 将制备好的复合膜剪成50mmx5 mm的样条，标距30 mm，并用胶条将样条两端贴好固定。所有的复合膜均制作3根样条进行拉伸测试，并求取复合膜的拉伸强度和断裂伸长率的平均值。

1.2.3 扫描电镜测试将复合膜剪成大小适中的样条，并用胶条固定，喷金2次，用扫描电镜观察复合膜的表面形貌。

1.2.4 吸湿性测试 参考文献[13]方法并略做修改。室温下，称量若干质量待测样品，将样品放于已烘干的培养皿中，再将已编号的培养皿分别放人2个干燥器中，1个放有饱和（NH4）2S04溶液，相对湿度为80%，另外1个放有饱和Na2C03溶液，相对湿度为43%。测试时间为12、24、36、48、60 h，精确称量样品试验前的质量M，和试验后的质量M2，并按公式（1）计算吸湿性Q。

1.2.5 抗氧化能力评价

1）清除DPPH自由基能力的测定。向10 mL离心管中依次加入4 mL pH 7.3 PBS溶液、4mL 0.1mmol/L DPPH无水乙醇溶液，将复合膜样条（40mmxlomm）放入离心管中，摇匀，25℃下恒温振荡，避光反应24 min[14.15]。在517 nm处测定样品的吸光度Ai，并将样品用0.3 mL无水乙醇替代，测吸光度A，平行测定3次，取3次测量平均值。并按公式（2）计算复合膜对DPPH的清除率a。

2）清除超氧阴离子（O2-）能力的测定。向10 mL离心管中加入8.0mL pH 8.2的Tris-HCl缓冲溶液及复合膜样条（40 mmx10 mm），在25℃下水浴20min，再加入25℃预热的0.1mL邻苯三酚溶液，混合均匀后，立刻倒入比色皿中，在最大吸收波长处测量样品的吸光度Q[16]。再用去离子水替代样品作为对照测吸光度Q0，将样品溶液与去离子水分别作吸光度随时间变化的回归方程，其斜率为自氧化速率，对应自氧化速率为△Q、△Q0，每次平行测定3组，取3次测量平均值。用公式（3）计算复合膜对02一的清除率β。

3）清除羟基自由基（.OH）能力的测定。向10mL离心管中依次加入1mL 0.4 mmol/L结晶紫溶液、5 mL pH 7.3 PBS溶液、1 mL l mmol/L FeSO4溶液及复合膜样条（ 40 mm×10 mm），最后加入1 mL 6%H202溶液，25℃下恒温振荡30 min，在最大吸收波长处测量样品的吸光度A[17]，将样品用去离子水替代，测吸光度A1，再将样品和H202溶液用去离子水替代，测吸光度A2，每次平行测定3组，取3次测量平均值。用公式（4）计算复合膜对.OH的清除率γ。

1.3 数据处理

采用Origin8.0作图，并进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 力学性能分析

为探究苦槠粉含量对复合膜力学性能的影响，对复合膜在100 kN下进行拉伸测试。结果见图1。由图1可见，随着苦槠粉含量的增大，复合膜的拉伸强度及断裂伸长率均呈现先增大后减小的趋势。其中，样品S2的拉伸强度最大，为2.54 MPa，断裂伸长率也最大，为53.32%，表明复合膜S2的机械强度最好。

2.2 扫描电镜图谱分析

为了解苦槠粉在复合膜中的分散效果，对复合膜进行SEM测试，取放大1 000倍的SEM图（图2）。由图2可见，未加入苦槠粉时，PEG/CMC膜表面光滑平整（SO），加入苦槠粉后，HOS/PEG/CMC复合膜仍比较光滑且平整，且苦槠粉颗粒分散均匀（S1），随着苦槠粉含量的增加，复合膜的表面变得略微粗糙，但仍均匀（S2、S3和S4），这表明采用高速剪切的方式可使苦槠粉均匀分散在复合膜中。

2.3 吸湿性分析

图3为复合膜吸湿性能的检测结果。室温下，将复合膜放置在相对湿度不同的环境中进行吸湿性测试[13]。由图3a可知，相对湿度为80%时，样品吸湿率排序为Qs3>Qs4>Qs2>Qs1>Qs0，且不同样品的吸湿率均随放置时间的增长而增大。当放置时间为60h时，各个样品的吸湿率均达到测试时间范围内的最大值，此时，S3的吸湿率最大，为59.2%，表明其补水效果最好。

由图3b可知，相对湿度为43%时，样品吸湿率的排序为Qs3>Qs2>Qs4>Qs1>Qs0，复合膜的吸湿率随着放置时间的增长先增大后减小，当放置时间为36 h时，样品S3的吸湿率达到最大，为53.3%。后期吸湿率变化不大可能是由于随着时间的延长，该环境下复合膜的吸湿率达到饱和[13]。

2.4 抗氧化能力評价

正常情况下，生物体内自由基的产生与消除处于相对平衡状态，但外部环境的影响可以增加氧自由基的形成，自由基可浸润和损伤皮肤细胞结构，在细胞膜受损处产生类脂过氧化物，引起一系列的突变过程，对皮肤造成损伤，加速皮肤的衰老“4]。自由基种类繁多，因此全面测定复合膜清除自由基能力是评价其能否安全使用的标志之一。

2.4.1 清除DPPH自由基能力的分析DPPH是一种稳定的氮中心的自由基，有机溶剂中显紫色，在517 nm处有强吸收。当溶液中有自由基清除剂存在时，DPPH自由基的孤电子被配对，颜色变浅，在517 nm处吸光度减小[15，16]1。通过测定吸光度的变化情况，可检测自由基的清除情况，从而评价样品的抗氧化性。

由图4可知，复合膜对DPPH清除率a随着苦槠粉含量的增加而逐渐增大，清除率排序为aS4>aS3>aS2>aS1 >as0。样品S4对DPPH的清除率最大，为11.92%，清除效果最佳。

2.4.2 清除超氧阴离子（02-）能力的分析弱碱性条件下，邻苯三酚发生自氧化反应，生成02-及有色中间产物，吸光度逐渐增大，其自氧化速率与02一的浓度正相关，消除02-则抑制自氧化反应，以此来评价样品对02-的清除能力[17]。

由图5可知，复合膜对02一清除率β随苦槠粉含量增加先增大后减小，其清除率排序为β3>βS2>βS4>βs1>βs0。复合膜对01-的总体清除率呈现“凸”字形，表明当复合膜中苦槠粉含量为10% （S3）时，对02-的清除率最大，达到15.26%。进一步增加苦槠粉含量，清除率反而有减小的趋势。

2.4.3 清除羟基自由基（.0H）能力的分析 . OH是目前已知的氧化活性最强的活性氧自由基，对生物体内的氨基酸、蛋白质等物质都会造成损伤[18.19j。因此，本研究利用分光光度法测定复合膜对.OH的清除率，从而测定复合膜的抗氧化活性。由图6可知，复合膜对.OH的清除率γ随苦槠粉含量的增加呈先增大后减小的趋势，清除率排序为γs2>γs2>γs3≈γS0>γS4，即样品S2对.OH的清除率最大，为40.57%，其清除效果最好。

3 结论

本试验结果表明，随着苦槠粉含量的增大，复合膜的拉伸强度及断裂伸长率均呈现先增大后减小的趋势，其中，样品S2的机械性能最好;对复合膜的吸湿性测试中，在相对湿度不同的环境下，样品S3的吸湿率均最大，补水效果最好;采用3种抗氧化评定方法对复合膜的抗氧化能力进行评价，结果表明，样品S4对DPPH的清除效果最佳，样品S3对O2一的清除效果最明显，样品S2对.OH的清除效果最明显，综合来看，当苦槠粉的添加量在10%左右时，复合膜的机械性能、吸湿性能和抗自由基能力都比不添加时有显著优势。

参考文献：

[1]陈启发.苦槠的经济价值及人工造林技术研究[J].现代农业科技，2013（6）：162-163.

[2]张爽.苦槠果实活性成分提取与开发研究进展[J].农产品加工 .2017.434（ 12）： 73-74.

[3]胡永虎.苦槠在食品上的利用[J].安徽农学通报，2006，12（6）：212-213.

[4] ZHENG K W. LI W. FU B Q，et al. Phvsical. antihacterial and anti—oxidant properties of chitosan films containing hardleaf oatchestnutstarch an Litsea cubeba oil [Jl. International journal of biologicalmacromolecules. 2018，1 18： 707-715.

[5]吴伟.槠树果粉治疗小儿秋季腹泻的临床观察[J].临床医学，2001.21（3）：53.

[6] XU T， XIN M H，LI M C，et al. Synthesis， characteristic and antibac-terial activitv of N，N，N- trimethvl chitosan and its carboxymethVlderivatives[J].Carbohydrate polymers .2010， 81： 931- 936.

[7] XU W H.WANG Z Y， LIU Y，et al_Carhoxymethyl chitosan/gelatin/hvaluronic acid blended-membranes as epithelia transplanting scaf-fold for corneal wound healing [Jl. Carbohydrate polymers， 2018，192：240-250.

[8]朱进林，谢晶，周然，等.羧甲基壳聚糖保鲜剂保鲜水蜜桃的机理[J].湖北农业科学，2012.51（16）：3560-3563.

[9] WANCY L.HUANGX L.HE C， et al. Design of carboxymethVI chi-tosan-based heparin-mimicking cross-linked heads for safe and ef-ficient blood purification[J].International journal of biological mac-romolecules.2018， 117： 392-400.

[10] SUN H. WANG H. WANC H. et al.Enhanced removal of heawmetals from eletroplating wasterwater through eletrocoagulationusing carboxymethYl chitosan as corrosion inhibitor for steel an-ode LJl. Environmental science water research and technology，2018，4（8）：1105-1113.

[11]田澎，顾学芳.羧甲基壳聚糖的制备及其在化妆品中的应用[J].精细石油化工进展，2009，10（11）：50-52

[12]于淑娟.壳聚糖/羧甲基壳聚糖及其衍生物在日化方面的应用[J].日用化学品科学，2011，34（ 12）：23-26.

[13]宣敏，程飚.皮肤衰老的分子机制[J].中国老年学杂志，2015（15）：4375-4380.

[14]刘恕.常用保湿剂吸湿和保湿性能评价[J].上海医药，2018，39（ 11）：60-63.

[15]脹培全，胡继藤，张超.山茱萸提取物清除DPPH.自由基作用的研究[J].海峡药学，2019，31（2）：32-35.

[16]连喜军，王亮，王咳，等.DPPH法研究不同品种甘薯抗性淀粉抗氧化性[J].粮食与油脂，2009（6）：26-28.

[17]韩少华，朱靖博，王妍妍.邻苯三酚白氧化法测定抗氧化活性的方法研究[J].中国酿造，2009，28（6）：155-157.

[18]李白存，李沐慈，王国良，等.石榴籽多酚的体外抗氧化活性[J]食品工业科技，2018，39（4）：17-20.

[19]付中喜，林茜，杨丽娜，等.石榴籽提取物体外抗氧化活性研究[J].实用预防医学，2010，17（3）：564-566.

基金项目：湖北省教育厅科学技术研究项目（ B2015034）;国家自然科学基金项目（21503075）

作者简介：王杰（1997-），女，河南开封人，在读硕士研究生，研究方向为应用化学，（电话）15897696773（电子信箱）286302968l@qq.com;通信作者，夏彩芬（1979-），女，湖北武汉人，副教授，（电话）13971968074（电子信箱）xintong7903@126.com。