一、研究背景

β - 胡蘿卜素是一種具有抗氧化特性的維生素 A 原營養(yǎng)素，在功能性食品遞送中，因穩(wěn)定性差、生物利用度低面臨挑戰(zhàn)。瓊脂糖作為遞送載體有潛力，但存在凝膠強度高、乳化性差等局限。當(dāng)前對瓊脂糖的改性方法有缺陷，而酚酸有抗氧化和抗菌性。本研究用酚酸改性瓊脂糖，旨在制備具抗氧化和抗菌活性的遞送系統(tǒng)，提升 β - 胡蘿卜素遞送效果。

集美大學(xué)肖瓊副教授團隊在《Food Hydrocolloids》期刊（IF=11）上發(fā)表了題目為“

Emulsion gels with dual antioxidant and antibacterial functions for  optimized β-carotene Delivery: Utilizing phenolic acid-modified agarose”的文章（https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.111495）

文章中將瓊脂糖制備成具有特定功能的活性遞送材料。用酚酸（對香豆酸、咖啡酸、阿魏酸）對瓊脂糖（Na-Ag）進行改性，制備瓊脂糖衍生物。結(jié)構(gòu)表征證實，酚酸通過在 C-6 羥基位置的酯化反應(yīng)成功接枝到瓊脂糖上，增強了其兩親性。乳化活性從 Na-Ag 的 6.73 提升至對香豆酸改性瓊脂糖（Pa-Ag）的 23.19，咖啡酸（Ca-Ag）和阿魏酸（Fa-Ag）改性的瓊脂糖也有類似的提升。通過肉眼和顯微鏡觀察確認(rèn)了乳液的穩(wěn)定性，改性瓊脂糖中液滴分布均勻。紅細(xì)胞溶血試驗表明其具有良好的生物相容性和安全性。該研究得出結(jié)論，酚酸改性顯著提高了瓊脂糖的乳化性能和 β- 胡蘿卜素包封率，為改善親脂性化合物在各個行業(yè)中的遞送和穩(wěn)定性提供了一種有前景的方法。

文章中分析瓊脂糖的流變特性用到了流變儀，并且流變儀由我們上海保圣自主研發(fā)制造，那么具體操作方法是什么呢？

二、材料與方法

2.1. 材料

分子量為 315,336Da、凝膠強度≥1200g/cm²、電滲≤0.15、硫酸根含量 < 0.15%、膠凝溫度為 35 - 37°C、熔點為 87 - 89°C、水分含量≤10% 的瓊脂糖購自格林富（福建）食品有限公司；對香豆酸、咖啡酸、阿魏酸等酚酸，以及自由基清除劑 2,2 - 二苯基 - 1 - 苦基肼（DPPH）、2,2'- 聯(lián)氮 - 雙（3 - 乙基苯并噻唑啉 - 6 - 磺酸）（ABTS）和 2% 小鼠紅細(xì)胞購自上海麥克林生化科技有限公司；用于偶聯(lián)反應(yīng)的試劑 EDC?HCl 和 DMAP 也購自上海麥克林生化科技有限公司；營養(yǎng)肉湯和 LB 培養(yǎng)基由北京陸橋技術(shù)有限公司提供；大腸桿菌（E. coli）和金黃色葡萄球菌（S. aureus）菌株取自中國廣東微生物菌種保藏中心；化學(xué)級無水乙醇、N,N - 二甲基甲酰胺（DMF）、氫氧化鈉和鹽酸購自西隴科學(xué)股份有限公司。所有材料均未經(jīng)進一步純化直接使用。根據(jù)實驗步驟的具體要求選擇每種材料的質(zhì)量和來源，以確保結(jié)果的一致性和可重復(fù)性。

2.2. 改性瓊脂糖的制備

酚酸改性瓊脂糖采用 EDC?HCl/DMAP 催化法合成，該方法有助于酚酸的羧基與瓊脂糖的羥基之間發(fā)生酯化反應(yīng)。具體步驟如下：將 1.8g 對香豆酸與 5g 天然瓊脂糖溶解在 250mL 二甲基甲酰胺中，在 30°C 下磁力攪拌至溶液澄清。加入 4.0g EDC?HCl 和 1.0g DMAP 催化酯化反應(yīng)，在 30°C 下攪拌 8h。用 95% 乙醇沉淀改性瓊脂糖，過濾除去 DMF 和其他雜質(zhì)，用乙醇和水洗滌，并離心或過濾 5 次進行純化。最后將產(chǎn)物冷凍干燥并研磨，得到對香豆酸改性瓊脂糖，記為 Pa-Ag。

按照相同的步驟，分別制備咖啡酸改性瓊脂糖和阿魏酸改性瓊脂糖，分別記為 Ca-Ag 和 Fa-Ag。所加入的咖啡酸和阿魏酸的量分別為 2.0g 和 2.2g。

2.3. 流變學(xué)測試方法

使用配備平行板幾何形狀（直徑 25mm，間隙 1mm）的 RH-20 流變儀（上海保圣實業(yè)發(fā)展有限公司）研究天然瓊脂糖和改性瓊脂糖的流變學(xué)性質(zhì)。對每個樣品進行頻率掃描測試和溫度掃描測試。在頻率掃描測試中，樣品在測量前于 25°C 平衡 5min。振蕩頻率在 0.1 - 10Hz 之間變化，記錄儲能模量（G′）和損耗模量（G″）隨頻率的變化。溫度掃描測試在 1Hz 的恒定振蕩頻率下進行。在溫度掃描測試前，在轉(zhuǎn)子邊緣加入少量二甲基硅油，以防止高溫下水分蒸發(fā)。溫度以 5°C/min 的速率從 20°C 升高到 80°C。

三、實驗結(jié)果

使用流變儀分析了天然瓊脂糖和改性瓊脂糖的粘彈性，結(jié)果見下圖。從圖中可以看出，在低頻區(qū)域，所有樣品的儲能模量（G′）均大于損耗模量（G″）。隨著振蕩頻率增加，G′和 G″均呈下降趨勢，并在 3Hz 左右相交。這可歸因于兩個因素：其一，在低頻區(qū)域，振蕩周期長于瓊脂糖分子鏈的松弛時間，分子鏈有足夠時間產(chǎn)生彈性響應(yīng)，使得 G′ > G″。隨著頻率增加，振蕩周期逐漸接近分子鏈的松弛時間，導(dǎo)致粘性耗散增加，G′和 G″逐漸減小直至交匯。其二，高頻振蕩可能破壞瓊脂糖凝膠內(nèi)的部分物理纏結(jié)和氫鍵，損害彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使材料逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎承砸后w，這表現(xiàn)為 G′和 G″持續(xù)下降。

此外，在低溫區(qū)域，所有樣品的 G′仍大于 G″，這表明瓊脂糖凝膠主要表現(xiàn)出彈性行為，具有穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨著溫度升高時，G′和 G″均逐漸降低，這意味著凝膠的粘彈性能減弱，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因熱振蕩而部分遭到破壞。當(dāng)溫度達(dá)到約 32℃時，所有樣品的 G′和 G″迅速下降，這表明瓊脂糖凝膠開始發(fā)生顯著的凝膠 - 溶膠轉(zhuǎn)變。這是因為溫度升高破壞了瓊脂糖分子鏈之間的物理纏結(jié)和氫鍵，導(dǎo)致彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)崩塌，材料逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎承砸后w。

對比不同樣品的儲能模量和凝膠強度數(shù)據(jù)，會發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象?？傮w而言，對羥基苯甲酸和咖啡酸的引入顯著降低了瓊脂糖的凝膠強度，同時提高了其儲能模量。這可能是由于天然瓊脂糖通過分子間氫鍵形成了致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而具有較高的硬度。對香豆酸和咖啡酸分子的引入產(chǎn)生了一定程度的空間位阻，阻礙了凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的緊密堆積和相互作用，進而降低了凝膠的抗壓強度。然而，與此同時，適度降低的凝膠密度增加了瓊脂糖分子鏈的流動性，使得凝膠網(wǎng)絡(luò)在變形后更容易恢復(fù)到原始狀態(tài)，表現(xiàn)出更好的彈性和柔韌性。此外，與 Na - Ag 相比，F(xiàn)a - Ag 的凝膠強度和儲能模量明顯更低，這可能是因為阿魏酸分子上的甲氧基引入了過多的疏水相互作用和空間位阻效應(yīng)，對瓊脂糖凝膠結(jié)構(gòu)造成了過度破壞。