Zn2+的应用及Zn2+调控的复合水凝胶的制备方法和应用

本发明涉及过渡元素zn2+的应用以及其调控的复合水凝胶的制备和应用，特别涉及过渡元素zn2+对复合瓜尔胶(gg)和丙酮酸钠(pas)组成的复合水凝胶gg/pas@zn的结构调控、凝胶性能优化，及其在食品常见污染菌霉菌和酵母菌的荧光和可见光条件下的检测应用。

背景技术：

1、水凝胶是一类具有三维网状结构的高分子聚合物，因其较好的亲水性和优异的生物相容性可作为凝固剂和敏感响应元件用于具有生物传感器特性的刺激响应水凝胶的制备中。然而，天然水凝胶仍存在如机械性较差、持水性不够理想，对物理、化学和生化信号表达的调控能力有限等缺陷。尽管这些缺陷可以通过化学改性或复合水凝胶得到一定程度的改善，但随着时间的推移，一些复合水凝胶的凝胶性降低，难以维持较好三维网络构象，从而降低其对环境中的物理化学因子的灵敏响应，影响对环境中待测因子刺激响应的敏感度和稳定性。瓜尔胶(gg)是从瓜尔豆籽中提取的一种天然半乳甘露聚糖多糖，具有良好的成膜能力和良好的生物相容性，但由于瓜尔胶结构中丰富的羟基，导致其水化能力较强，很难长时间维持理想的凝胶状态，因此，如何实现天然水凝胶性能更加稳定、生物相容性高、应用范围广的复合水凝胶，对于拓宽瓜尔胶的实际应用价值具有重要意义。此外，过渡元素在食品常见污染菌的荧光和可见光条件下的检测应用也鲜有研究。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种过渡元素zn2+的应用，作为霉菌和酵母菌的生长促进剂或生长抑制剂，过渡元素zn2+还可以作为霉菌和酵母菌胞外酶碱性磷酸酶和脂肪酶的酶活促进剂或酶活抑制剂或荧光增敏剂。

2、进一步的，浓度为0.1g/l～0.2g/l的zn2+对霉菌和酵母菌的生长具有促进作用，对霉菌和酵母菌胞外酶碱性磷酸酶和脂肪酶的相对酶活具有促进作用；0.3g/l～0.5g/l的zn2+对霉菌和酵母菌的生长具有抑制作用，对霉菌和酵母菌胞外酶碱性磷酸酶和脂肪酶的相对酶活具有抑制作用；浓度为0.1g/l～0.2g/l的zn2+能够提高食品常见污染菌霉菌和酵母菌荧光和可见光的检测灵敏度，改善食品中常见污染菌霉菌和酵母菌检测过程中荧光和可见光下的可视化程度。

3、基于此，可以利用zn2+制备霉菌和酵母菌的生长促进剂或生长抑制剂产品，也可以利用zn2+制备霉菌和酵母菌胞外酶碱性磷酸酶和脂肪酶的酶活促进剂或酶活抑制剂产品；还可以利用zn2+制备霉菌和酵母菌的荧光增敏剂产品。

4、本发明还提供一种过渡元素zn2+的应用，用于制备复合水凝胶gg/pas@zn，zn2+浓度为0.1g/l～0.5g/l；过渡元素zn2+作为复合水凝胶的结构调节剂，联合丙酮酸钠为瓜尔胶三维网络结构提供新的交联点，增加了瓜尔胶的交联密度，提高了瓜尔胶三维网状结构的稳定性；过渡元素zn2+与gg/pas通过离子键结合后，增加了前期由丙酮酸钠结构中具有较强吸电子能力的羰基o原子在凝胶聚合过程中作为端接配体与瓜尔胶-oh发生聚合后的交联位点；与gg自聚合相比较，gg/pas@zn结构中的-oh由于受zn2+和丙酮酸钠的取代，避免了因gg结构中具有大量-oh而易水溶的现象，强化了gg水凝胶的稳定性和凝胶强度。

5、进一步的，zn2+可以提高复合水凝胶gg/pas@zn的凝胶稳定性，zn2+在浓度为0.1g/l时复合水凝胶gg/pas@zn的凝胶硬度、内聚性、弹性和胶粘性较为理想。

6、进一步的，zn2+可以显著改善复合水凝胶gg/pas@zn的溶胀率和持水率，在相同处理条件下，zn2+在浓度为0.1g/l时与丙酮酸钠联合作用，使gg/pas@zn的溶胀率和持水率比单一瓜尔胶有显著提高。

7、所述的复合水凝胶gg/pas@zn的制备方法，步骤如下：

8、将瓜尔胶与丙酮酸钠干燥，过筛后收集粉末，取一定质量比的瓜尔胶和丙酮酸钠粉末充分混匀；取终浓度0.1-0.2g/l的过渡元素zn2+充分溶解于超纯水中，将瓜尔胶和丙酮酸钠的混合物与zn2+水溶液按质量比为1:10的比例充分混合搅拌至充分溶胀平衡，构建基于过渡元素zn2+交联的复合水凝胶，冷冻干燥得到复合水凝胶gg/pas@zn粉末。

9、所述的丙酮酸钠占瓜尔胶和丙酮酸钠混合物的质量比不小于20％。

10、作为优选，瓜尔胶和丙酮酸钠的质量比为8:2。

11、本发明还提供一种荧光增敏剂，制备方法如下：

12、将瓜尔胶与丙酮酸钠干燥，过筛后收集粉末，取瓜尔胶和丙酮酸钠粉末按照质量比为8:2的比例充分混匀；将显色底物对硝基苯基棕榈酸酯和/或5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸二钠盐以0.2g/l的终浓度与0.1g/l的过渡元素zn2+充分溶解于超纯水中，取瓜尔胶和丙酮酸钠的混合物加入溶液中，瓜尔胶和丙酮酸钠的混合物与溶液的质量比为1:10，充分搅拌至充分溶胀平衡，构建基于过渡元素zn2+交联的具有生物传感器特性的刺激响应水凝胶，冷冻干燥得到荧光增敏剂。

13、所述的荧光增敏剂中，过渡元素zn2+的d电子能够参与化学键的形成且具有较高的电荷/半径比，容易与配位体gg/pas形成稳定且生物相容性良好的配位化合物gg/pas@zn，作为霉菌和酵母菌碱性磷酸酶和脂肪酶的催化剂，加速酶与显色底物间相互作用而作为霉菌和酵母菌菌落的荧光增敏剂，用于提高食品常见污染菌霉菌和酵母菌荧光和可见光的检测灵敏度，改善食品中常见污染菌霉菌和酵母菌检测过程中荧光和可见光下的可视化程度，显著提高了食品常见污染菌霉菌和酵母菌的可视化检测效率，便于在荧光和可见光下对于霉菌和酵母菌的清晰辨别，可作为微生物生物化学信号显示技术的敏感或必需组分用于食品中常见污染菌的检测。

14、本发明的有益效果：

15、zn2+能够调节复合水凝胶瓜尔胶/丙酮酸钠的三维网络结构和水凝胶性能及力学特性，改善其在食品中常见污染菌霉菌和酵母菌检测过程中荧光和可见光下的可视化程度；本发明提供的具有理想微生物刺激响应特性的复合水凝胶能够提高食品中常见污染菌霉菌和酵母菌检测的荧光和可见光条件下的可视化程度。zn2+在0.1g/l浓度下形成的复合水凝胶gg/pas@zn的凝胶硬度为11.7g，内聚性为0.14，弹性为2.9，胶粘性为2.7g，与相同质量分数的gg/pas相比，能够为食品常见污染菌霉菌和酵母菌提供较为理想的生长空间支撑条件；较高的溶胀率和持水率为食品中常见污染菌霉菌和酵母菌提供理想靶向生长和酶促环境，能够提高霉菌和酵母菌的荧光和可见光条件下的可视化检测程度。

技术特征：

1.zn2+的应用，其特征在于：作为霉菌和酵母菌的生长促进剂或生长抑制剂，或作为霉菌和酵母菌胞外酶碱性磷酸酶和脂肪酶的酶活促进剂或酶活抑制剂或荧光增敏剂，或作为复合水凝胶的结构调节剂。

2.根据权利要求1所述的zn2+的应用，其特征在于：利用zn2+制备霉菌和酵母菌的生长促进剂产品或霉菌和酵母菌胞外酶碱性磷酸酶和脂肪酶的酶活促进剂产品，zn2+的浓度为0.1g/l～0.2g/l；

3.zn2+的应用，其特征在于：用于制备复合水凝胶gg/pas@zn。

4.根据权利要求3所述的zn2+的应用，其特征在于：zn2+浓度为0.1g/l～0.5g/l。

5.一种复合水凝胶gg/pas@zn，其特征在于：成分包括瓜尔胶、丙酮酸钠和zn2+，所述的丙酮酸钠的质量比不小于20％，zn2+浓度为0.1-0.2g/l。

6.根据权利要求5所述的一种复合水凝胶gg/pas@zn的制备方法，其特征在于：步骤如下：

7.根据权利要求6所述的一种复合水凝胶gg/pas@zn的制备方法，其特征在于：瓜尔胶和丙酮酸钠的质量比为8:2。

8.一种荧光增敏剂，其特征在于：成分包括瓜尔胶、丙酮酸钠、显色底物和zn2+，所述的丙酮酸钠占瓜尔胶与丙酮酸钠混合物总量的质量比不小于20％，所述的显色底物为对硝基苯基棕榈酸酯和/或5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸二钠盐，浓度为0.2g/l；zn2+浓度为0.1g/l。

9.根据权利要求8所述的一种荧光增敏剂的制备方法，其特征在于：步骤如下：

10.根据权利要求8所述的一种荧光增敏剂的应用，其特征在于：用于食品常见污染菌霉菌和酵母菌的可视化检测，所述的荧光增敏剂提高食品常见污染菌霉菌和酵母菌荧光和可见光的检测灵敏度，改善食品中常见污染菌霉菌和酵母菌检测过程中荧光和可见光下的可视化程度。

技术总结本发明涉及Zn<supgt;2+</supgt;的应用及Zn<supgt;2+</supgt;调控的复合水凝胶的制备方法和应用，Zn<supgt;2+</supgt;可以作为霉菌和酵母菌的生长的助剂，或将Zn<supgt;2+</supgt;作为碱性磷酸酶和脂肪酶活性因子，或复合凝胶结构的调节剂；复合水凝胶由过渡元素Zn<supgt;2+</supgt;的引入效应建立新交联点，通过红外光谱测试、凝胶质构测试、溶胀性测试、持水性测试、菌落表征测试证明过渡元素Zn<supgt;2+</supgt;可以提高可见光下霉菌和酵母菌的荧光和可见光条件下的可视化程度。Zn<supgt;2+</supgt;在0.1g/L浓度下促进霉菌和酵母菌的碱性磷酸酶活性和脂肪酶活性。本发明由过渡元素Zn<supgt;2+</supgt;调控的复合水凝胶具有良好的生物相容性，便于在荧光和可见光下对于霉菌和酵母菌的清晰辨别，可作为微生物生物化学信号显示技术的敏感或必需组分用于食品中常见污染菌的检测。技术研发人员：徐琳琳,陈萍,朱双杰,王欢,王晓东,王宗晨,牧凡受保护的技术使用者：滁州学院技术研发日：技术公布日：2024/9/2