pH响应能力高的果胶气凝胶及其制作方法

本发明属于果胶制作方法，涉及一种ph响应能力高的果胶气凝胶及其制作方法。

背景技术：

1、气凝胶是高度多孔且轻质的纳米结构材料，由孔隙中含有空气的固体网络组成。气凝胶通常由将水凝胶中的液相被空气代替而获得的。为了防止干燥过程中网络结构因毛细管力而产生崩溃，通常由真空冷冻干燥或超临界co2干燥获得。气凝胶通常具有低密度、高开孔率以及非常高的比表面积，这些结构特性使气凝胶成为广泛应用的有吸附力的材料，例如隔热和隔音、催化剂载体、吸收和吸附等。近年来，生物气凝胶逐渐得到重视。生物气凝胶是基于多糖为制作材料的气凝胶类型，具有可再生、无毒、高生物相容性等优势，使其应用范围更广。实际上，生物气凝胶适用于广泛的生命科学应用，例如生物医学、制药、生物技术、化妆品和食品。

2、在可用于制作生物气凝胶的多糖材料中，果胶是一种阴离子水溶性多糖，构成大多数植物的细胞壁。由于其生物相容性、生物活性、生物降解性以及胶凝和稳定特性，果胶在食品工业中广泛用作增稠剂、胶凝剂、乳化剂、增稠剂或胶体稳定剂。果胶是一种聚电解质，由半乳糖醛酸单元(gal a)的线性链组成，分支有鼠李糖单元和中性糖。gal a的羧酸可以被甲基酯化，定义酯化度(de)。根据de，果胶通常分为低甲基化果胶(lmp，de<50％)或高甲基化果胶(hmp，de>50％)。在水性介质中，果胶溶液的凝胶化取决于温度、果胶浓度、ph、离子强度和金属离子浓度等因素。根据果胶的de，果胶具有两种众所周知的凝胶化行为和机制。就hmp而言，它主要在足够低的ph环境(例如ph2.8-3.6)和高水平的糖或其他共溶剂化物下形成凝胶。在这种情况下，果胶网络主要是由羟基和质子化羧基的氢键相互作用以及甲酯基团之间的疏水相互作用所形成的。与hmp不同，lmp能够通过“蛋盒”交联机制在二价金属离子(尤其是钙离子)存在下凝胶化，其中带负电荷的果胶羧基与带正电荷的二价阳离子反应形成分子间离子连接区。除了静电相互作用外，相邻的果胶链之间还会形成氢键和范德华相互作用，以稳定水凝胶结构。随着ph值的降低，这些非离子缔合变得越来越重要。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

2、本发明还有一个目的是提供一种便捷实时监测冷冻干燥升华界面及终点的指示剂及其应用，用于快速便捷地实时监测冷冻干燥过程冰晶升华界面的移动情况，为冷冻干燥终点判断提供可视化依据。

3、为此，本发明提供的技术方案为：

4、一种ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法，包括如下步骤：

5、取甲基化度72％～78％的果胶，进行去糖，将去糖的果胶溶于水中获得果胶溶液，然后向所述果胶溶液中加入nh4oh溶液和异丙醇溶液进行酰胺化改性，反应时间为100～220分钟，之后干燥，并获得酰胺化果胶粉末；

6、将所述酰胺化果胶粉末溶解在水中得到酰胺环果胶溶液，首先向所述酰胺化果胶溶液中加入d-(+)-葡萄糖酸δ-内酯反应一段时间，之后添加d-(+)-葡萄糖酸δ-内酯通过缓慢的水解，逐渐降低溶液的ph值以实现酰胺化果胶的缓慢凝胶过程，得到结构均匀的主要由氢键诱导的非离子键缔合凝胶体系，干燥后得到ph响应能力高的果胶气凝胶。

7、优选的是，所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法中，所述酰胺化改性中nh4oh溶液的浓度为2-4mol/l，异丙醇溶液的体积浓度为60％，将2 -4mol/l的nh4oh溶液与体积浓度60％的异丙醇溶液混合加入所述果胶溶液中。

8、优选的是，所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法中，所述酰胺化改性中的转速为300rpm，温度为4℃。

9、优选的是，所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法中，所述酰胺化改性反应到预设时间后，立即用60％异丙醇溶液洗涤和60％含1mol/l hcl的异丙醇溶液充分洗涤至ph为4停止反应；

10、然后进行真空过滤，用60％异丙醇溶液洗涤至无氯离子和氯化铵盐存在后，用无水异丙醇洗涤；

11、之后将真空过滤后将得到的滤饼于温度40℃恒温干燥2-3h，随后粉碎成粉末，获得所述酰胺化果胶粉末。

12、优选的是，所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法中，所述一段时间为12小时。

13、优选的是，所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法中，所述酰胺环果胶溶液中低酯果胶的质量体积比为0.05％～0.2％，d-(+)-葡萄糖酸δ-内酯于反应体系中的终浓度为120～360mm，反应温度为25℃。

14、优选的是，所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法中，所述去糖为：将甲基化度72％～78％的果胶用80％乙醇水溶液清洗去除小分子糖，并干燥；

15、将去糖的果胶4g溶于125ml水中获得所述果胶溶液。

16、优选的是，所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法中，所述非离子键缔合凝胶体系的干燥包括如下步骤：

17、低温预冻：于温度-80℃条件下对凝胶体系冻结，获得冷冻后果胶凝胶体系，冷冻时间为12小时；

18、冻干：将冷冻后的果胶凝胶进行真空冷冻干燥，包括：在真空度5pa压力下运行，其中，第一步：在-20℃温度下维持20h；第二步：0℃温度条件下维持3h；第三步：在20℃温度下维持20h；第四步：在25℃温度下维持20h，冷阱的温度设定在-80℃。

19、优选的是，所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法中，所述果胶提取自苹果。

20、本发明至少包括以下有益效果：

21、本发明所得凝胶体系无需添加凝胶剂，仅需降低体系的ph值即可达到凝胶效果。且形成的凝胶体系具有高度的低ph依赖性，在低于ph 3.5以下的环境下结构稳定，在高于ph 4.0以上的条件下，凝胶结构迅速瓦解，即具有高ph相应特性。本发明基于该凝胶体系开发出一种具有高ph响应能力的果胶气凝胶材料，有望未来可用于制药和生物医学应用：如用作药物输送载体或组织工程的3d细胞支架。

22、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.一种ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法，其特征在于，所述酰胺化改性中nh4oh溶液的浓度为2-4mol/l，异丙醇溶液的体积浓度为60％，将2-4mol/l的nh4oh溶液与体积浓度60％的异丙醇溶液混合加入所述果胶溶液中。

3.如权利要求1所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法，其特征在于，所述酰胺化改性中的转速为300rpm，温度为4℃。

4.如权利要求1所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法，其特征在于，所述酰胺化改性反应到预设时间后，立即用60％异丙醇溶液洗涤和60％含1mol/l hcl的异丙醇溶液充分洗涤至ph为4停止反应；

5.如权利要求1所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法，其特征在于，所述一段时间为12小时。

6.如权利要求1所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法，其特征在于，所述酰胺环果胶溶液中低酯果胶的质量体积比为0.05％～0.2％，d-(+)-葡萄糖酸δ-内酯于反应体系中的终浓度为120～360mm，反应温度为25℃。

7.如权利要求1所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法，其特征在于，所述去糖为：将甲基化度72％～78％的果胶用80％乙醇水溶液清洗去除小分子糖，并干燥；

8.如权利要求1所述的ph响应能力高的果胶气凝胶的制作方法，其特征在于，所述非离子键缔合凝胶体系的干燥包括如下步骤：

9.一种ph响应能力高的果胶气凝胶，其特征在于，所述果胶气凝胶由如权利要求1至8任一项所述的方法制作而成。

技术总结本发明公开了一种pH响应能力高的果胶气凝胶的制作方法，包括：取甲基化度72％～78％的果胶，进行去糖，将去糖的果胶溶于水中获得果胶溶液，然后向其中加入NH<subgt;4</subgt;OH溶液和异丙醇溶液进行酰胺化改性，反应时间为100～220分钟，之后干燥，获得酰胺化果胶粉末；将酰胺化果胶粉末溶解在水中得到酰胺环果胶溶液，首先向其中加入D‑(+)‑葡萄糖酸δ‑内酯反应，之后采用滴加D‑(+)‑葡萄糖酸δ‑内酯逐渐降低溶液的pH值以实现酰胺化果胶的缓慢凝胶过程，得到结构均匀的主要由氢键诱导的非离子键缔合凝胶体系，干燥后得到pH响应能力高的果胶气凝胶。技术研发人员：毕金峰,冯舒涵,易建勇受保护的技术使用者：中国农业科学院农产品加工研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18