温敏型硫辛酸印迹聚合物及新型缓释模式构建和机制研究

Using the α-lipoic acid (ALA) which has strong antioxidant effect as the template molecule and chitosan (CS) as the functional monomer builds the array molecularly imprinted packaging materials that has the slow-release response to the different critical temperature range. The project tries to explore a novel development for ensuring the quality and stability of the food in complicated storage temperature conditions, as well as makes a new starting of applying molecular imprinting technology (MIT) in food science and engineering of China. The project contents are as following: 1.The preparation and representation of ALA-CS molecularly imprinted polymers (MIPs) and array thermo-sensitive ALA-CS molecularly imprinted membranes (MIM), dissecting slow release and control characteristics of ALA in various types of polymers, analysing release mechanism of ALA; 2. Establish several free radical generation system and simulating preserved environments of different foods, detecting the antioxidation of an array thermo-sensitive ALA-CS MIM with the analysis methods of radicals and oxidative indexes, studying on characteristics of stimulus responsing to temperature, pH value and humidity etc., and ALA release kinetics characteristic. Evaluating this novel packaging materials' antioxidation, forming a relatively complete theory system and the practical application guidelines.

本研究拟采用具有强抗氧化作用的α-硫辛酸为模板分子，壳聚糖为功能单体，构建具有响应不同临界温度范围的阵列式缓释型分子印迹包装材料，为探索食品在复杂多变的温度条件下贮存而确保质量稳定探索一条新颖的发展方向，并在国内扎实地推进分子印迹技术在食品科学与工程领域的研究迈向新的起点。研究内容：1.开展α-硫辛酸-壳聚糖分子印迹聚合物、温敏型α-硫辛酸-壳聚糖分子印迹聚合物和阵列式温敏型α-硫辛酸-壳聚糖分子印迹膜的制备和表征，剖析在各类聚合物中硫辛酸的缓释控制特性，分析其缓释机制；2.建立几种自由基生成体系和模拟不同食品的保藏环境，以多种自由基的检测和氧化指标分析方法为手段，对阵列式温敏型α-硫辛酸-壳聚糖分子印迹膜的抗氧化作用进行测定，开展以温度、pH值和湿度等刺激响应特性和硫辛酸释放动力学研究，验证这类新颖包装材料的抗氧化作用效果，形成一套较为完整的理论研究体系和实际应用指导方案。

研究合成以壳聚糖（CS），N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）和N-乙烯基己内酰胺（NVCL）为功能单体的温敏性分子印迹聚合物（MIP）,并将温敏型MIP用到分子印迹膜制备，开发出对不同温度进行响应的温敏型分子印迹膜(MIM)。首先基于量子化学的密度泛函理论进行静电势（ESP）以及自然电荷布局分析（NPA），确定聚合反应的活性位点，并搭建ALA与NIPAM、NVCL不同聚合比例的分子模型，发现ALA与NIPAM比例为1：2时形成最稳定化合物，ALA与NVCL比例为1:4时形成最稳定化合物。根据计算结果，展开了ALA-MIPs制备以及微观形态和光谱表征，并对其温敏特性进行了研究。NIPAM-MIP的LCST为22 ℃左右，特异性结合的ALA含量为14.443 mg/g；NVCL-MIP的LCST为25.7 ℃，特异性结合的ALA含量为6.53 mg/g。同时以吸附特性为指标，筛选出壳聚糖(—NH2)：α-硫辛酸的最佳结合比例为5:1。在此基础上以聚乙烯醇(PVA)为温敏型材料，合成温敏型分子印迹水凝胶，其在pH=5.00和20℃条件下最大吸附量达19.72mg/g。以NIPAM为温敏型材料，将其与壳聚糖接枝后的产物CS-g-NIPAM作为单体，合成了另一种温敏型MIPs，其在15℃条件下最大吸附量达13.60mg/g。然后选择聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)作为成膜材料，按照异相粒子填充膜的方法加入NVCL-MIP制备了分子印迹共混膜(MIM)，研究了膜的理化、机械、温敏、ALA释放特性，得到最佳添加浓度：PAN为20wt%，PVDF为12wt%，且在20℃有特异性释放，PAN膜的释放量达到0.93%，PVDF膜的释放量达到0.28%。并以二氢硫辛酸和维生素E为参照物，建立了ALA清除自由基的化学发光体系，揭示了温敏型MIM中ALA的释放与不同模拟食品中自由基消长间的相互作用关系。发现ALA对超氧阴离子、羟基自由基和过氧亚硝基阴离子有较好的清除能力，且在浓度到达300μg/ml时，清除•OH效率最好，同时在高浓度清除H2O2效果较好。DHLA清除过氧亚硝基阴离子的能力最好。最后在植物油脂中添加分子印迹膜和抗氧化剂，检测了其过氧化值（POV）、酸价、TBARS等指标。发现DHLA在60℃时对油脂的抗氧化效果最好，分子印迹膜则在20℃和40℃时表现较好。