基于海藻多糖的結(jié)構(gòu)可控設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究.pdf

1、海藻多糖（Seaweed polysaccharide）是海洋資源重要組成部分，來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，其高值化開發(fā)應(yīng)用是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。瓊膠（Agar）及卡拉膠（Carrageenan）是最常見的海藻多糖，瓊脂凝膠、卡拉膠寡糖在生物基材料、化妝品、食品、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域都占據(jù)廣闊的市場(chǎng)。本研究從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，擬通過(guò)分子尺度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，全面提升瓊膠的凝膠性能，優(yōu)化卡拉膠的寡糖活性，實(shí)現(xiàn)其高值化開發(fā)應(yīng)用。
　　本研究主要內(nèi)容包括

2、：⑴傳統(tǒng)瓊膠的凝膠性能不穩(wěn)定、力學(xué)強(qiáng)度差制約了其實(shí)際應(yīng)用。受多尺度結(jié)構(gòu)協(xié)同效應(yīng)的啟發(fā)，通過(guò)引入納米粘土，在分子水平構(gòu)筑復(fù)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，經(jīng)光引發(fā)聚合制備了瓊膠/聚異丙基丙烯酰胺/粘土復(fù)合水凝膠。瓊膠復(fù)合水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果表明，瓊膠、粘土、異丙基丙烯酰胺（NIPAM）對(duì)復(fù)合凝膠的力學(xué)性能具有協(xié)同增強(qiáng)作用，最優(yōu)配比（以超純水質(zhì)量為參比）為瓊膠2.5 wt％、NIPAM10 wt%、粘土30 wt%。更為突出的是，瓊膠顯著增強(qiáng)了復(fù)合凝膠在海

3、水中的力學(xué)強(qiáng)度。溶脹性測(cè)試和耐鹽實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明瓊膠含量升高可顯著增強(qiáng)復(fù)合水凝膠的穩(wěn)定性，降低其在超純水中的溶脹程度及在海水中的收縮程度。此外，加熱測(cè)試結(jié)果表明，復(fù)合凝膠的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高了耐熱性。掃描電鏡、透射電鏡分析結(jié)果表明粘土以物理交聯(lián)穿插在高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，形成穩(wěn)定的三元互穿網(wǎng)絡(luò)，使復(fù)合凝膠具備了優(yōu)異的力學(xué)性能、耐鹽性、耐高溫性。⑵利用瓊膠復(fù)合水凝膠高穩(wěn)定性、高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)界面微納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，采用金屬網(wǎng)

4、片涂覆瓊膠復(fù)合水凝膠的方法，制備了具有界面微納米結(jié)構(gòu)的瓊膠基復(fù)合油水分離膜。SEM掃描電鏡測(cè)試結(jié)果表明，瓊膠復(fù)合水凝膠成功地包覆在微米級(jí)金屬網(wǎng)絲上，形成微納米復(fù)合界面，增加了表面的粗糙度。同時(shí)，接觸角測(cè)試結(jié)果表明，微納米界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)化了水凝膠的天然親水屬性，瓊膠基復(fù)合膜具有超親水、水下超疏油特性，在水下對(duì)油的接觸角為150°±1°。油水分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，250目以上瓊膠復(fù)合膜油水分離效率≥98%，能夠高效分離不同油種類、油水比例、鹽濃

5、度、酸堿性的油水混合物。瓊膠復(fù)合分離膜所具有的穩(wěn)定油水分離性能在海洋環(huán)保、廚余污水、食品加工含油廢水等領(lǐng)域具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。⑶卡拉膠是一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的硫酸半乳聚糖，具有良好的生物活性，在醫(yī)藥等領(lǐng)域有極大的應(yīng)用潛力。但因卡拉膠分子量過(guò)大而影響其溶解性和吸收性，限制了其應(yīng)用。采用微波輔助酸降解的方法，簡(jiǎn)單、可控地制備了較窄分子量分布范圍的卡拉膠寡糖，改善了卡拉膠溶解性和可吸收性較差的缺點(diǎn)，提高了其生物活性。通過(guò)高效液相色譜（HPLC）對(duì)

6、降解后的產(chǎn)物分子量進(jìn)行分析，采用對(duì)反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、pH值三種單因素實(shí)驗(yàn)及L9(33)正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化了反應(yīng)條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最適的反應(yīng)條件為pH值2.50、溫度110℃、時(shí)間20 min；相比于微波爐，降解產(chǎn)物分子量分布更均勻。同時(shí)，通過(guò)選擇不同的反應(yīng)條件，可以得到聚合度在5到15之間的卡拉膠寡糖（分子量為1800 u~5400 u），實(shí)現(xiàn)了小分子量卡拉膠寡糖結(jié)構(gòu)可控制備，為后期的基團(tuán)修飾和藥效學(xué)研究提供較小分子量范圍的卡拉膠寡糖。