一种抗菌肽复合水凝胶及其制备方法和应用

本发明涉及食品保鲜，尤其涉及一种抗菌肽复合水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水凝胶是由亲水性物质的物理或化学交联形成的三维(3d)聚合物网络。由于其独特的结构，它被广泛用于许多应用，例如伤口愈合敷料、药物递送载体和食品包装材料。其特有的溶胀特性、机械阻力和生物降解性使水凝胶成为传统包装的绝佳替代品，可有效阻隔氧气、控制食品水分甚至提供抗菌活性。聚乙烯醇(pva)是一种水溶性新型环保材料，近年来已成功用作水凝胶的基体。微生物实验证实，pva不能抑制微生物的生长，可以完全降解。pva水凝胶力学性能欠佳，不能很好地保护食品，通常需引入第二种聚合物基体进行复合。细菌纤维素(bc)作为一种理想的增强纳米填料，由于其优异的机械强度、超细原纤维3d网络、高纵横比和大表面积而被用于增强水凝胶。与常规纤维素或纤维素纳米纤维相比，细菌纤维素的高纯度和良好的生物相容性使得其更适用于食品包装材料。但是，bc水凝胶与pva水凝胶一样，缺乏抗菌能力，这限制了它们作为食品抗菌保鲜的应用。抗菌肽(amp)是小阳离子肽，已被公认为是有广泛应用前景的抗菌化合物，用于新鲜食品保鲜以抑制微生物生长。研究表明amp对细菌、真菌、病毒和寄生虫具有广谱抗菌活性。与微生物中靶标数量有限的传统抗菌剂相比，amp具有广泛的靶标，这是避免耐药性发展问题的有力策略。

2、抗菌肽水凝胶的物理化学性质高度依赖于交联方法。制备水凝胶的关键是交联法。根据聚合物链之间交联形成的键类型，水凝胶的制备技术可分为物理交联法和化学交联法。物理交联抗菌肽水凝胶具有生物医学安全性，从而避免了未反应的化学交联剂的潜在细胞毒性，同时其在室温下具有自愈和可注射特性，但其机械性能较差。在化学交联抗菌肽水凝胶的聚合物链之间通常形成共价键，与物理交联水凝胶相比，它们的大部分键都是强而持久的。化学交联水凝胶通常在生理条件下表现出更强的稳定性、优异的机械性能以及可调节的降解行为。但由于化学交联水凝胶可能会用到一些有毒的化学交联剂，可能存在潜在的毒性。

3、因此，如何利用物理-化学双交联的方法，制备一种具有优良机械性能、生物相容性和抗菌性能的抗菌肽复合水凝胶，并将其应用于食品保鲜材料中成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种抗菌肽复合水凝胶及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种抗菌肽复合水凝胶的制备方法，包含如下步骤：

4、步骤1)将聚乙烯醇溶液、细菌纤维素悬液和抗菌肽fengycina-m3水溶液混合，得到水凝胶的前体溶液；

5、步骤2)将水凝胶的前体溶液和硼砂溶液混合后形成抗菌肽复合水凝胶；

6、所述抗菌肽fengycina-m3的序列为(ch2)16-arg-arg-tyr-thr-arg-ala-pro-arg-tyr-ile。

7、优选的，所述聚乙烯醇溶液的浓度为5～15wt％。

8、优选的，所述细菌纤维素悬液的固含量为0.75％。

9、优选的，所述抗菌肽fengycina-m3水溶液的浓度为256～1024μg/ml。

10、优选的，所述聚乙烯醇溶液、细菌纤维素悬液和抗菌肽fengycina-m3水溶液的体积比为1～3:1:1。

11、优选的，所述硼砂溶液的浓度为0.05～0.2mol/ml。

12、优选的，所述硼砂溶液和水凝胶的前体溶液的体积比为1:4～5。

13、本发明还提供了上述的抗菌肽复合水凝胶的制备方法制备得到的抗菌肽复合水凝胶。

14、本发明还提供了上述的抗菌肽复合水凝胶在食品保鲜材料中的应用。

15、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

16、本发明利用物理和化学双交联策略相结合所形成的双网络抗菌肽水凝胶将有利于获得水凝胶的平衡性质，通过物理-化学双交联策略，结合抗菌肽fengycina-m3、细菌纤维素(bc)及聚乙烯醇(pva)，并用十水四硼酸钠作为交联剂，制备一种fengycina-m3@细菌纤维素@聚乙烯醇复合水凝胶。聚乙烯醇作为水凝胶基体，细菌纤维素用于改善水凝胶机械性能，fengycina-m3作为抗菌剂加载到水凝胶体系中，赋予水凝胶抗菌性能，并增加抗菌肽自身稳定性。硼砂在pva、bc、fengycina-m3之间起到交联剂的作用，导致动态硼酸酯键的形成，同时不同组分之间的氢键相互作用产生了水凝胶网络。

17、本发明制备的抗菌肽复合材料具有优良机械性能、生物相容性和抗菌性能，可以作为食品包装材料用于食品保鲜中。

技术特征：

1.一种抗菌肽复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种抗菌肽复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液的浓度为5～15wt％。

3.根据权利要求1所述的一种抗菌肽复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述细菌纤维素悬液的固含量为0.75％。

4.根据权利要求1所述的一种抗菌肽复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述抗菌肽fengycina-m3水溶液的浓度为256～1024μg/ml。

5.根据权利要求1所述的一种抗菌肽复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液、细菌纤维素悬液和抗菌肽fengycina-m3水溶液的体积比为1～3:1:1。

6.根据权利要求1所述的一种抗菌肽复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述硼砂溶液的浓度为0.05～0.2mol/ml。

7.根据权利要求1或6所述的一种抗菌肽复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述硼砂溶液和水凝胶的前体溶液的体积比为1:4～5。

8.一种权利要求1～7任一项所述的抗菌肽复合水凝胶的制备方法制备得到的抗菌肽复合水凝胶。

9.权利要求8所述的抗菌肽复合水凝胶在食品包装材料中的应用。

技术总结本发明涉及食品保鲜技术领域，尤其涉及一种抗菌肽复合水凝胶及其制备方法和应用。本发明将聚乙烯醇溶液、细菌纤维素悬液和抗菌肽FengycinA‑M3水溶液混合，得到水凝胶的前体溶液；然后将水凝胶的前体溶液和硼砂溶液混合后形成抗菌肽复合水凝胶；该抗菌肽复合材料具有优良机械性能、生物相容性和抗菌性能，可以作为食品包装材料用于食品保鲜中。技术研发人员：刘亚楠,斯沙,赵丹,罗小虎,于世娇,桑尚源,张鑫,贾玲玲受保护的技术使用者：宁波大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18