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 原營養素，在功能性食品遞送中，因穩定性差、生物利用度低面臨挑戰。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，提升 β - 胡蘿卜素遞送效果。

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

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。結構表征證實，酚酸通過在 C-6 羥基位置的酯化反應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了乳液的穩定性，改性瓊脂糖中液滴分布均勻。紅細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中的遞送和穩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'- 聯氮 - 雙（3 - 乙基苯并噻唑啉 - 6 - 磺酸）（ABTS）和 2% 小鼠紅細胞購自上海麥克林生化科技有限公司；用于偶聯反應的試劑 EDC?HCl 和 DMAP 也購自上海麥克林生化科技有限公司；營養肉湯和 LB 培養基由北京陸橋技術有限公司提供；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股份有限公司。所有材料均未經進一步純化直接使用。根據實驗步驟的具體要求選擇每種材料的質量和來源，以確保結果的一致性和可重復性。

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生酯化反應。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，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，用乙醇和水洗滌，并離心或過濾 5 次進行純化。最后將產物冷凍干燥并研磨，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（上海保圣實業發展有限公司）研究天然瓊脂糖和改性瓊脂糖的流變學性質。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，在轉子邊緣加入少量二甲基硅油，以防止高溫下水分蒸發。溫度以 5°C/min 的速率從 20°C 升高到 80°C。

三、實驗結果

使用流變儀分析了天然瓊脂糖和改性瓊脂糖的粘彈性，結果見下圖。從圖中可以看出，在低頻區域，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生彈性響應，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的部分物理纏結和氫鍵，損害彈性網絡結構，使材料逐漸轉變為粘性液體，這表現為 G′和 G″持續下降。

此外，在低溫區域，所有樣品的 G′仍大于 G″，這表明瓊脂糖凝膠主要表現出彈性行為，具有穩定的凝膠網絡結構。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，網絡結構因熱振蕩而部分遭到破壞。當溫度達到約 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生顯著的凝膠 - 溶膠轉變。這是因為溫度升高破壞了瓊脂糖分子鏈之間的物理纏結和氫鍵，導致彈性網絡結構崩塌，材料逐漸轉變為粘性液體。

對比不同樣品的儲能模量和凝膠強度數據，會發現一個有趣的現象。總體而言，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絡結構，從而具有較高的硬度。對香豆酸和咖啡酸分子的引入產生了一定程度的空間位阻，阻礙了凝膠網絡內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，使得凝膠網絡在變形后更容易恢復到原始狀態，表現出更好的彈性和柔韌性。此外，與 Na - Ag 相比，Fa - 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，對瓊脂糖凝膠結構造成了過度破壞。