一种茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的蛋白/多糖复合膜材料及其制备方法

1.本发明属于纳米材料技术领域。涉及一种茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的蛋白/多糖复合膜材料的制备方法。


背景技术：

2.茶多酚：从茶叶中提取的茶多酚(tp)是一种安全无毒的绿色化合物，是茶叶中多酚类物质的总称，大多属于缩合单宁，包括黄烷醇类、黄酮类、黄酮醇类、酚酸类及花色苷类等。tp中的儿茶素主要为没食子酸没食子儿茶素酯(egcg)、没食子儿茶素(egc)、没食子酸儿茶素酯(ecg)和儿茶素(ec)，茶多酚已被广泛研究，以显示其良好的抗氧化和抗菌活性。在生物聚合物(如多糖和/或蛋白质)之间形成交联来提高可食膜的功能特性。茶多酚在改善薄膜性能方面有相当大的潜力，特别是它们的抗氧化活性。
3.氧化铈是一种是化学性质最活泼之一的稀土氧化物，它能在保持强大的紫外吸收能力的同时，ceo2成膜之后的光透明性要优于其他氧化物(如：zno,tio2),因此在抗紫外涂层材料和防晒产品等领域引起人们强大的研究兴趣。其他合成纳米氧化铈的方法相比，如醇热法、水热法、沉淀法、溶胶凝胶法、喷雾热解法，它们的缺点在于所需要的压力，温度，设备的要求都很高，花费较高。通过低温原位合成的氧化铈在复合膜中能与其他高分子形成化学键、分散均匀、结构稳定，并且所需的设备和操作简便。
4.玉米醇溶蛋白作为一种两亲性存储蛋白，由三分之一的亲水性氨基酸和三分之二的疏水性氨基酸组成。它的表面疏水，不溶于水也不能被稀释于盐溶液中，但溶于60-95％的乙醇水溶液中，从而玉米醇溶蛋白溶液的溶剂蒸发会导致分子团聚成网状结构形成膜支架。同时又研究表明玉米醇溶蛋白纳米颗粒对肠道细胞无细胞毒性。
5.本发明通过玉米醇溶蛋白和岩藻糖胶(pts)两者相结合，充分发挥两者的优势，同时弥补各自的不足之处，同时原位合成纳米氧化铈嵌入复合膜中，来达到均匀的紫外阻隔效果；除静电、氢键和疏水相互作用驱动外，还通过茶多酚交联，复合膜的机械性能大幅度提升，在涂料，化妆品，食品包装和其他领域能发挥更大的实用价值。
6.本发明在文献(in-situ low-temperature sol-gel growth of nano-cerium oxide ternary composite films for ultraviolet blocking)基础上添加了茶多酚，该复合膜相比较，改善了其水溶性，通过交联增强了机械性能和抗紫外性能，同时又对后续产生的氧自由基具有较好的清除能力，前期物理紫外屏蔽作用，后期清除修复作用，达到双重的效果，在将在化妆品领域是一个新的思路，发挥更大的实用价值。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是针对现有的技术的不足而提供的一种茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的蛋白/多糖复合膜材料及其制备方法，本发明制备的复合膜机械性能增强，抗氧化、不溶于水，并具有良好的生物相容性。
8.本发明的技术方案如下：
9.一种茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的蛋白/多糖复合膜材料的制备方法，包括如下步骤：
10.(1)将蛋白溶解在乙醇溶液中制备蛋白溶液(1％-4％,w/v)，向蛋白溶液中加入质量百分比浓度为1％～4％的多糖，加热回流搅拌获得共混液a；
11.(2)向共混液a中依次加入铈源、尿素、pvp的质量比为1:(1-2):(10-100)，调整ph至8-9，加热回流搅拌20-30min；
12.(3)在反应液中加入质量百分比浓度为0％～2.0％的茶多酚，加入增塑剂复合物5％-18％继续加热搅拌；
13.(4)将所得到的混合液减压过滤，真空干燥，得到具有柔韧性的抗氧化、紫外阻隔性能的复合膜材料。
14.上述方法中，步骤(1)中，所述乙醇溶液的质量百分比浓度为：60％-90％。
15.上述方法中，步骤(1)中，蛋白溶液浓度为1％-4％,w/v。
16.上述方法中，步骤(1)中，所述多糖浓度为1％、2％、3％或4％。
17.上述方法中，步骤(1)中，所述的所述蛋白为天然植物提取蛋白，天然植物提取蛋白包括玉米醇溶蛋白、大豆蛋白麦谷蛋白、麦醇溶蛋白中的一种以上；所述溶解温度为60-80℃；所述加热时间为15-45min。
18.上述方法中，所述多糖为岩藻多糖、海藻多糖、海藻酸钠、明胶及其衍生物中的一种以上。
19.上述方法中，步骤(2)中，所述的铈源为三价铈源，铈源包括六水合硝酸铈、三氯化铈、水合碳酸铈中的一种以上，铈源、尿素的物质的量之比为1：1-2。
20.上述方法中，步骤(3)中，所述的搅拌为在40℃-80℃搅拌30-40min；所述增塑剂为：甘油、聚丙二醇、油酸、柠檬酸、吐温-80，司盘-20中的一种以上。
21.上述方法中，步骤(3)中，所述茶多酚浓度为0％、0.4％、0.8％、1.2％、1.6％、2.0％(w/w，zein/tp)。
22.上述方法中，步骤(4)中，所述的真空干燥的温度为45℃-60℃，真空干燥时间为12-36h。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果和优点：
24.本发明提供的茶多酚交联的复合膜材料，其机械性能良好，在保证具有一定的吸湿能力下，并且具有水不溶性，发挥出优异的紫外防护效果，作为多功能新型载药膜，有效解决了纳米氧化物的细胞毒性和天然活性药物的突然释放问题。本发明复合膜材料在涂料，化妆品，食品包装和其他领域能发挥更大的实用价值。
附图说明
25.图1为实例1至5制备不同茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的玉米醇溶蛋白/岩藻多糖复合膜的交联度图；
26.图2为实例1至5制备的不同茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的玉米醇溶蛋白/岩藻多糖复合膜的abts自由基含量图；
27.图3为实例1至5制备不同茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的玉米醇溶蛋白/岩藻多糖
复合膜对人皮肤成纤维细胞的细胞活力图。
具体实施方式：
28.下面结合具体实施例对本发明作进一步地具体详细描述,但本发明的实施方式不限于此,对于未特别注明的工艺参数,可参照常规技术进行。
29.实施例1
30.(1)在60℃将500mg的玉米醇溶蛋白溶解在50ml、75％乙醇溶液中，加热回流搅拌20min，称取100mg岩藻多糖加入溶液中，继续加热回流搅拌20min，得到共混液a；
31.(2)向共混液a中依次加入100mg六水合硝酸铈、120mg尿素，1.8gpvp调整ph至8-9，加热回流搅拌；
32.(3)在反应液中加入茶多酚0.4％(w/w，zein/tp)，甘油100μl和吐温100μl，继续加热搅拌30min；
33.(4)将所得到的混合液减压过滤得到成膜溶液，将其均匀涂布在亚克力板上，在60℃真空干燥18h，得到茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的蛋白/多糖复合膜材料-1。
34.实施例2
35.(1)在60℃将500mg的玉米醇溶蛋白溶解在50ml、75％乙醇溶液中，加热回流搅拌20min，称取100mg岩藻多糖加入溶液中，继续加热回流搅拌20min，得到共混液a；
36.(2)向共混液a中依次加入100mg六水合硝酸铈、120mg尿素，1.8gpvp调整ph至8-9，加热回流搅拌；
37.(3)在反应液中加入茶多酚0.8％(w/w，zein/tp)，甘油100μl和吐温100μl，继续加热搅拌30min；
38.(4)将所得到的混合液减压过滤得到成膜溶液，将其均匀涂布在亚克力板上，在60℃真空干燥18h，得到茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的蛋白/多糖复合膜材料-2。
39.实施例3
40.(1)在60℃将500mg的玉米醇溶蛋白溶解在50ml、75％乙醇溶液中，加热回流搅拌20min，称取100mg岩藻多糖加入溶液中，继续加热回流搅拌20min，得到共混液a；
41.(2)向共混液a中依次加入100mg六水合硝酸铈、120mg尿素，1.8gpvp调整ph至8-9，加热回流搅拌；
42.(3)在反应液中加入茶多酚1.2％(w/w，zein/tp)，甘油100μl和吐温100μl，继续加热搅拌30min；
43.(4)将所得到的混合液减压过滤得到成膜溶液，将其均匀涂布在亚克力板上，在60℃真空干燥18h，得到茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的蛋白/多糖复合膜材料-3。
44.实施例4
45.(1)在60℃将500mg的玉米醇溶蛋白溶解在50ml、75％乙醇溶液中，加热回流搅拌20min，称取100mg岩藻多糖加入溶液中，继续加热回流搅拌20min，得到共混液a；
46.(2)向共混液a中依次加入100mg六水合硝酸铈、120mg尿素，1.8gpvp调整ph至8-9，加热回流搅拌；
47.(3)在反应液中加入茶多酚1.6％(w/w，zein/tp)，甘油100μl和吐温100μl，继续加热搅拌30min；
48.(4)将所得到的混合液减压过滤得到成膜溶液，将其均匀涂布在亚克力板上，在60℃真空干燥18h，得到茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的蛋白/多糖复合膜材料-4。
49.实施例5
50.(1)在60℃将500mg的玉米醇溶蛋白溶解在50ml、75％乙醇溶液中，加热回流搅拌20min，称取100mg岩藻多糖加入溶液中，继续加热回流搅拌20min，得到共混液a；
51.(2)向共混液a中依次加入100mg六水合硝酸铈、120mg尿素，1.8gpvp调整ph至8-9，加热回流搅拌；
52.(3)在反应液中加入茶多酚2.0％(w/w，zein/tp)，甘油100μl和吐温100μl，继续加热搅拌30min；
53.(4)将所得到的混合液减压过滤得到成膜溶液，将其均匀涂布在亚克力板上，在60℃真空干燥18h，得到茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的蛋白/多糖复合膜材料-5。
54.实施例6
55.(1)在60℃将500mg的玉米醇溶蛋白溶解在50ml、75％乙醇溶液中，加热回流搅拌20min，称取100mg海藻多糖加入溶液中，继续加热回流搅拌20min，得到共混液a；
56.(2)向共混液a中依次加入100mg六水合硝酸铈、120mg尿素，1.8gpvp调整ph至8-9，加热回流搅拌；
57.(3)在反应液中加入茶多酚1.6％(w/w，zein/tp)，甘油100μl和吐温100μl，继续加热搅拌30min；
58.(4)将所得到的混合液减压过滤得到成膜溶液，将其均匀涂布在亚克力板上，在60℃真空干燥18h，得到茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的蛋白/多糖复合膜材料-6。
59.实施例7
60.(1)在60℃将500mg的玉米醇溶蛋白溶解在50ml、75％乙醇溶液中，加热回流搅拌20min，称取100mg岩藻多糖加入溶液中，继续加热回流搅拌20min，得到共混液a；
61.(2)向共混液a中依次加入100mg六水合硝酸铈、120mg尿素，1.8gpvp调整ph至8-9，加热回流搅拌；
62.(3)在反应液中加入茶多酚1.6％(w/w，zein/tp)，甘油100μl和吐温100μl，继续加热搅拌30min；
63.(4)将所得到的混合液减压过滤得到成膜溶液，将其均匀涂布在亚克力板上，在60℃真空干燥18h，得到茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的蛋白/多糖复合膜材料-7。
64.实施例8
65.(1)在60℃将500mg的玉米醇溶蛋白溶解在50ml、75％乙醇溶液中，加热回流搅拌20min，称取100mg明胶加入溶液中，继续加热回流搅拌20min，得到共混液a；
66.(2)向共混液a中依次加入100mg六水合硝酸铈、120mg尿素，1.8gpvp调整ph至8-9，加热回流搅拌；
67.(3)在反应液中加入茶多酚1.6％(w/w，zein/tp)，甘油100μl和吐温100μl，继续加热搅拌30min；
68.(4)将所得到的混合液减压过滤得到成膜溶液，将其均匀涂布在亚克力板上，在60℃真空干燥18h，得到茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的蛋白/多糖复合膜材料-8。
69.实施例9
70.(1)在60℃将500mg的玉米醇溶蛋白溶解在50ml、75％乙醇溶液中，加热回流搅拌20min，称取100mg海藻酸钠加入溶液中，继续加热回流搅拌20min，得到共混液a；
71.(2)向共混液a中依次加入100mg六水合硝酸铈、120mg尿素，1.8gpvp调整ph至8-9，加热回流搅拌；
72.(3)在反应液中加入茶多酚1.6％(w/w，zein/tp)，甘油100μl和吐温100μl，继续加热搅拌30min；
73.(4)将所得到的混合液减压过滤得到成膜溶液，将其均匀涂布在亚克力板上，在60℃真空干燥18h，得到茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的蛋白/多糖复合膜材料-9。
74.表一：为实例1至5制备不同茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的玉米醇溶蛋白/岩藻多糖复合膜的机械性能；
75.film typethickness(um)ts(mpa)eab(％)zein/pts-0tp105.10
±
1.2860.44
±
0.5825.90
±
1.16zein/pts-0.4tp101.52
±
1.0065.61
±
1.3423.74
±
0.63zein/pts-0.8tp100.18
±
0.7468.02
±
0.7323.10
±
0.21zein/pts-1.2tp97.45
±
0.9175.19
±
0.4822.50
±
0.88zein/pts-1.6tp96.68
±
1.0077.91
±
0.6221.67
±
0.34zein/pts-2.0tp95.92
±
1.7880.76
±
1.4519.68
±
0.85
76.表二：为实例1至5制备不同茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的玉米醇溶蛋白/岩藻多糖复合膜的透光率；
[0077][0078]
表一为实例1至5制备的不同茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的玉米醇溶蛋白/岩藻多糖复合膜的机械性能；添加茶多酚显著提高了薄膜的ts，并且由于蛋白与多糖为基质膜的约束作用，从而使薄膜变得稍微硬和强一些。tp在膜基质中建立了相互作用键，使膜的疏水性得到改善，从而增强了网络结构，从而导致机械强度提高，薄膜拉伸能力下降。表二为实例1至5制备不同茶多酚交联嵌入纳米氧化铈的玉米醇溶蛋白/岩藻多糖复合膜的透光性和透明度；无论是否添加tp，200-280nm的透光率均低于350-800nm的透光率。当tp添加量从0.4％增加到2.0％时，膜的透光率降低。这表明，复合膜与tp结合后更有利于防紫外线。此外，添加不同浓度的tp可以提高薄膜的透明度值(说明添加tp可以改善复合膜的遮光性能)。
[0079]
图1中可以看出随着tp浓度的增加，复合膜的交联度显著增加。这表明复合膜中的游离氨基随着酚基交联时明显降低。图2中可以看出tp的添加显著提高了复合膜的抗氧化
能力。结果表明，随着tp浓度的增加，复合膜的抗氧化活性增强，抗氧化能力与膜中总酚含量呈正相关。图3中可以看出，虽然随着tp含量的增加，但是都不影响细胞活力。
[0080]
应当理解，以上借助优化实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，都应当视为属于本发明提交的权利要求书确定的专利保护范围。
[0081]
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。