莊遠紅， 劉靜娜， 黃家福， 林嬌芬， 潘裕添*

(1.閩南師范大學菌物產(chǎn)業(yè)工程技術中心，福建 漳州 363000；2.閩南師范大學生物科學與技術學院，福建 漳州 363000)

莊遠紅1,2， 劉靜娜1， 黃家福1， 林嬌芬1,2， 潘裕添1*

(1.閩南師范大學菌物產(chǎn)業(yè)工程技術中心，福建 漳州 363000；2.閩南師范大學生物科學與技術學院，福建 漳州 363000)

以食用菌殼聚糖為原料，卡波姆為凝膠增稠劑，三乙醇胺為中和劑制備含1%殼聚糖的殼聚糖-卡波姆復合凝膠，通過研究pH對該復合凝膠穩(wěn)定性、色度、水分活度、質(zhì)構(gòu)特征及抑菌效果的影響，確定復合凝膠的最優(yōu)pH值。結(jié)果表明：殼聚糖凝膠與卡波姆具有較好的相容性，復合凝膠的質(zhì)地均勻細膩，無異味，性質(zhì)溫和，穩(wěn)定性好；pH對復合凝膠的外觀特性、水分活度、質(zhì)構(gòu)特性影響較小，但pH值越大，貯藏期內(nèi)霉變越??；pH 7.0～7.5的復合凝膠對金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、大腸埃希菌(Escherichiacoli)和白色假絲酵母菌(Candidaalbicans)的抑菌效果特別明顯，抑菌率分別為92%、94%和96%。

殼聚糖； 卡波姆； 復合凝膠； 穩(wěn)定性； 質(zhì)構(gòu)； 抑菌活性

Summary Chitosan, a cation polysaccharide, is a product of chitin by partial deacetylation. It can be dissolved in some acid solvents to be polyelectrolyte hydrogel. However, the hydrogel has low mechanical strength and stability, and is difficult to smear. Carbomer is a kind of cross-linked polyacrylic acid resin containing a large number of free carboxyl. The gel made of carbomer can form transparent film on the skin and has strong adhesiveness. Therefore, it has been widely used in novel pharmaceutic adjuvant, gel and cream production.

In this study, a chitosan-carbomer complex gel was prepared using edible chitosan as a raw material, carbomer as a thickener, trolamine as a neutralizing agent, and the content of chitosan was 1%. The pH of the complex gel was also optimized for the best stability, chromaticity, water activity, texture and antibacterial activity. And its antibacterial effect was also studied.

The results showed that the prepared chitosan-carbomer complex gel was yellowish, semi-solid and apt to smear. The appearance, elasticity, hardness, adhesiveness, gumminess of the gel was independent of pH. However, it was more stable in storage under the higher pH value. The chromaticity decreased with the rise of pH, illustrating that the complex gel and chitosan gel exhibited similar color in the pH range of 7.0 - 7.5. The complex gel was stable in texture and its properties had no significant change as the storage time extended. The antibacterial effect of the gel onStaphylococcusaureus,Escherichiacoli,Candidaalbicanswas outstanding in the pH range of 7.0 - 7.5, with the antibacterial activity of 92%, 94% and 96%, respectively. When applied to the thigh and inner side of the arm, the complex gel exhibited high compatibility with skin, and was easy-to-spread, and no peculiar odour and allergic phenomenon such as redness, itching, blisters, and small skin irritation were observed.

The above results show that the prepared complex gel has a fine consistency with skin, and it can also inhibit the growth ofE.coli,S.aureus, andC.albicansin the pH range of 7.0 - 7.5, suggesting that the product can be used in daily chemical products. In a word, this study improves the value of chitosan extracted from edible mushrooms, widens its applying range and provides the theory gist for its application.

殼聚糖(chitosan，CS)是甲殼素部分脫乙?；a(chǎn)物，是一種安全無毒的天然高分子陽離子多聚糖，具有生物相容性、成膜性、生物黏附性、抗菌性等特點[1]，它是目前發(fā)現(xiàn)的唯一天然堿性多糖。殼聚糖作為一種親水性天然高分子，僅溶解在某些酸性溶劑中，能夠制成聚電解質(zhì)水凝膠，吸附一些帶負電荷的物質(zhì)而具有抑菌效果，但形成的凝膠具有機械強度低、不易涂展、穩(wěn)定性差等缺點。若將殼聚糖與其他基質(zhì)復配，制成復合聚電解質(zhì)水凝膠，則具有良好的生物兼容性和可生物降解性[1]。近年來，國內(nèi)外以殼聚糖為主要基質(zhì)制備凝膠取得了一些進展[2-7]，但這些研究中運用化學交聯(lián)技術制備的殼聚糖凝膠，因交聯(lián)劑大部分為毒性較高的醛類，運用上存在一定的安全隱患，并且會改變殼聚糖的基團特性，而物理交聯(lián)所形成的凝膠穩(wěn)定性、生物親和性、抑菌性等也受pH、溫度、離子等影響，并且在制備過程中容易發(fā)生絮凝沉淀等不良反應?？ú?carbomer)為丙烯酸鍵合烯丙基蔗糖或季戊四醇烯丙醚的高分子聚合物，是一種全合成聚丙烯酸化合物，含有大量游離羧基(56%～68%)，具有較強的吸濕性；質(zhì)量分數(shù)為1%的卡波姆水分散體在pH為2.5～3.0，利用氫氧化鈉和三乙醇胺作為中和劑可使其卷曲的分子因電斥力張開或形成氫鍵而增稠形成凝膠[8]。以卡波姆為輔料制備的凝膠劑質(zhì)地均勻，涂布在皮膚及黏膜上可形成透明的薄膜，附著性強，無油膩感，與皮膚黏膜的耦合效果好，且釋藥快，作用迅速[9]，已作為新型的藥用輔料，廣泛用于凝膠劑和乳膏劑的研究生產(chǎn)中，2005年已收載在《中國藥典》中。祁智等[10]采用殼聚糖和卡波姆2種新型藥用輔料為基質(zhì)的凝膠劑研制雙氯芬酸鉀殼聚糖凝膠劑，發(fā)現(xiàn)二者配合使用所制備的外用凝膠劑成型性較好。目前市面上的殼聚糖主要以蝦、蟹殼為原料制備，其鈣離子、蛋白質(zhì)含量高，脫乙酰度低且不穩(wěn)定[11]，使用上也會對部分蝦、蟹過敏人群產(chǎn)生不良反應，而食用菌殼聚糖是從真菌菌絲和子實體中提取的，脫乙酰度高且穩(wěn)定，灰分含量少，產(chǎn)品性能優(yōu)良，無不良反應。本研究以食用菌殼聚糖為原料，以卡波姆為輔料，利用殼聚糖的陽離子和卡波姆凝膠的聚陰離子電解質(zhì)的性質(zhì)研制一種新型的聚電解質(zhì)復合凝膠，制備不同酸堿條件下2個大分子間的復合模型，利用二者的協(xié)同增效作用改善殼聚糖凝膠機械強度大、涂展性不良、穩(wěn)定性差等不足，制備成本較低、均勻穩(wěn)定、易于涂抹吸收的凝膠，篩選在合適pH下發(fā)揮最大抑菌功效的殼聚糖-卡波姆復合凝膠應用于日化用品上，實現(xiàn)天然產(chǎn)物食用菌殼聚糖高值產(chǎn)業(yè)化，為食用菌殼聚糖在日化用品中的應用開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

食用菌殼聚糖(福建科人生物科技有限公司)，卡波姆940(青島天力源生物科技有限公司)，三乙醇胺(西隴化工股份有限公司)，大腸埃希菌(廣東省微生物菌種保藏中心)，金黃色葡萄球菌(廣東省微生物菌種保藏中心)，白色假絲酵母菌(廣東省微生物菌種保藏中心)，普通肉湯培養(yǎng)基和營養(yǎng)瓊脂(北京陸橋技術有限責任公司)。

1.2 實驗儀器

AR124CN電子天平(上海奧豪斯儀器有限公司)，JC101型電熱鼓風干燥箱(上海成順儀器儀表有限公司)，SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵(河南省鞏義市予華儀器有限公司)，EL20K實驗室pH計(梅特勒-托利多儀器有限公司)，JHBE-50S閃式提取器(西安太康生物科技有限公司)，TA-Plus質(zhì)構(gòu)儀(英國LLOYD公司)，Color FlexTM色度儀(美國Hunter Lab公司)，80-2電動離心機(江蘇省金壇市科析儀器有限公司)，立式壓力蒸汽滅菌器和SPX-250B-Z型生化培養(yǎng)箱(上海博迅實業(yè)有限公司)，SW-CJ系列凈化工作臺(江蘇省蘇州市安泰空氣技術有限公司)，RW20頂置式電子攪拌器(德國IKA集團)。

殼聚糖凝膠的制備：取3 g食用菌殼聚糖溶于體積分數(shù)為1%的乙酸中，破碎使其充分溶解，用三乙醇胺調(diào)至堿性，抽濾，水洗至中性，再抽濾，加入適量的超純水，反調(diào)至酸性，得到黏稠態(tài)膠狀物，控制殼聚糖質(zhì)量分數(shù)為3%，破碎后得到光滑細膩的殼聚糖凝膠。

卡波姆溶膠的制備：取適量超純水，撒入卡波姆，自然溶脹24 h，制得質(zhì)量分數(shù)為1%的卡波姆溶膠。

復合凝膠的制備：稱取33 g質(zhì)量分數(shù)為3%的食用菌殼聚糖凝膠，加入67 g卡波姆溶膠，滴加三乙醇胺調(diào)節(jié)pH分別為5.5～6.0，6.0～6.5，6.5～7.0，7.0～7.5，破碎后制得食用菌殼聚糖質(zhì)量分數(shù)為1%的復合凝膠。每個處理重復3次。

1.4 測定方法

1.4.1 外觀特性 觀察復合凝膠的色澤、氣味、稠度、均勻度、光澤度和涂展性能。

1.4.2 凝膠穩(wěn)定性 離心法：取樣品5 g于離心管中，以2 500 r/min離心30 min后，觀察是否有水分析出及分層現(xiàn)象[12-13]。

耐熱耐寒性：樣品置于85 ℃水浴中6 h，取出，在室溫下觀察外觀是否變化，凝膠有無分層現(xiàn)象；再將樣品置于-18 ℃冰箱內(nèi)24 h，取出解凍后，觀察外觀是否變化，凝膠有無分層現(xiàn)象。

留樣觀察：取3批樣品置于透明玻璃瓶中，置室溫避光貯存6個月，對其感官性狀、pH及霉變情況進行觀察測定，每5 d測定1次。

1.4.3 皮膚刺激性 選取10位志愿者，將樣品涂抹于大腿和胳膊內(nèi)側(cè)，觀察涂抹部位是否有過敏現(xiàn)象。

1.4.4 凝膠色度 使用Color FlexTM測色儀，以質(zhì)量分數(shù)為3%的食用菌殼聚糖凝膠為標樣測定色差值ΔE*，其值大小表示復合凝膠樣品與標樣的顏色差別程度。

1.4.5 凝膠質(zhì)構(gòu) 使用TA-Plus質(zhì)構(gòu)儀，采用TPA模式，選用直徑12.7 mm柱形探頭。具體參數(shù)設定：測前速度1 mm/s；測試速度1 mm/s；測試后速度1 mm/s；測試距離30.0 mm。測定項目：硬度、彈性、黏聚性、膠著性。每5 d測定1次，觀察1個月內(nèi)凝膠的質(zhì)構(gòu)變化。

1.4.6 凝膠水分活度 采用康威氏擴散法[14]測定。

1.4.7 凝膠的抑菌性能 采用瓊脂擴散紙片法和菌落計數(shù)法測定復合凝膠對待測菌種(金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌和白色假絲酵母菌)的抑菌效果：制備含有1×108個/mL待測菌種的菌懸液，均勻涂布于凝固的營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基平板表面，每個平板100 μL。在無菌條件下將復合凝膠均勻涂于直徑為0.3 cm、滅菌烘干過的濾紙片上，將制備好的復合凝膠紙片(以滅菌濾紙片作為空白對照組)貼于涂布好測試菌種的平板上，每個平板上的紙片重復數(shù)為4，37 ℃恒溫培養(yǎng)24 h；取接觸面培養(yǎng)物作梯度稀釋，取1 mL稀釋菌懸液于平板上，用瓊脂傾注平板，混勻，待凝固后倒置于37 ℃恒溫箱中培養(yǎng)24 h，參照GB 47892—2010[15]計算菌落總數(shù)。

抑菌率/%=(空白對照菌落總數(shù)-凝膠菌落總數(shù))/空白對照菌落總數(shù)×100。

2 結(jié)果與分析

2.1 復合凝膠的感官評定

由表1可以看出，隨著pH的升高，復合凝膠色澤稍有加深，在pH 5.5～6.0時呈透明淡黃色，pH 7.0～7.5時呈淡黃褐色，其余形態(tài)基本不變，均為半固體凝膠，有光澤感，質(zhì)地細膩均勻，稠度適宜，無異味，易于涂抹，有清涼感。

2.2 復合凝膠的穩(wěn)定性

從表2可以看出：復合凝膠性狀穩(wěn)定，不受pH影響；但pH會影響復合凝膠的耐儲性，pH越低，越容易長霉，pH 7.0～7.5的復合凝膠貯藏穩(wěn)定性最好。后期制作可殺菌后灌裝，提高其貯藏穩(wěn)定性。

2.3 復合凝膠的皮膚刺激性

將復合凝膠涂抹在10位志愿者的大腿和胳膊內(nèi)側(cè)。結(jié)果表明：制備的復合凝膠均易涂展，無發(fā)生紅腫、瘙癢、起水泡等過敏現(xiàn)象，對皮膚刺激小，產(chǎn)品性質(zhì)較溫和。

表1 復合凝膠的外觀特性

Table 1 Appearance characteristics of the complex gel

pH外觀特性Appearancecharacteristics色澤Colorandluster形態(tài)Modality氣味Odour觸覺Touchsensation5.5～6.0淡黃色,透明,有光澤Lightyellow,hyaline,luster6.0～6.5淡黃色,有光澤Lightyellow,luster6.5～7.0淡黃褐色,有光澤Aloma,luster7.0～7.5淡黃褐色,有光澤Aloma,luster半固體凝膠,質(zhì)地細膩均勻,稠度適宜Semi-solidgel,smoothanduni-form,suitableconsistency無異味Nopeculiarsmell易于涂抹,有清涼感Apttosmear,coolfeeling

表2 復合凝膠的穩(wěn)定性

2.4 pH對復合凝膠色度的影響

由圖1可知，以質(zhì)量分數(shù)為3%的殼聚糖凝膠為標樣，殼聚糖-卡波姆復合凝膠的色差值隨pH的增大而減小。說明pH越高，復合凝膠與殼聚糖凝膠的色澤越接近，呈黃褐色，這與感官評定結(jié)果相符。

圖1 pH對復合凝膠色度的影響

2.5 pH對復合凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

由圖2可知，pH對復合凝膠質(zhì)構(gòu)的影響不大，變化幅度均較小，其彈性、硬度、黏聚性和膠著性分別在0.90～0.99 mm、0.28～0.42 N、0.23～0.29和0.05～0.13 N之間波動。

圖2 pH對復合凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

2.6 貯藏時間對復合凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

由圖3～6可知，隨著貯藏時間的延長，復合凝膠的黏聚性、膠著性、硬度和彈性變化均不是很大。說明復合凝膠的質(zhì)構(gòu)穩(wěn)定。

圖3 貯藏時間對不同pH復合凝膠黏聚性的影響

圖4 貯藏時間對不同pH復合凝膠膠著性的影響

圖5 貯藏時間對不同pH復合凝膠硬度的影響

2.7 pH對復合凝膠水分活度的影響

水分活度是衡量水分與物質(zhì)成分的結(jié)合程度或游離程度，它可定義為物質(zhì)中水分活性或自由水含量，影響物質(zhì)的物理、化學、機械、微生物特性，包括流淌性、凝聚、內(nèi)聚力和靜態(tài)現(xiàn)象[13]。微生物的生長特性直接受水活性值影響，凝膠水分活度的大小可以反映凝膠的貯藏穩(wěn)定性。由圖7可知：在pH 5.5～7.0范圍內(nèi)，水分活度隨著pH的增加而緩慢增加，變化不大且具有較高的水分活度；在pH 7.0～7.5范圍內(nèi)水分活度值最低，原因可能是在中堿性環(huán)境下，殼聚糖分子間和分子內(nèi)的氫鍵作用被破壞以及卡波姆的羧基解離程度加大，整個凝膠體系中的基團相互作用，分子鏈相互纏繞致使親水性能降低，水分子與凝膠基質(zhì)的結(jié)合程度升高，自由水含量減少，水分活度降低。這也間接驗證了pH 7.0～7.5復合凝膠不易長菌，耐儲性能最佳。雖然pH 7.0以上復合凝膠的水分活度降低，但數(shù)值變化很小，故pH對復合凝膠的水分活度影響不大。

圖6 貯藏時間對不同pH復合凝膠彈性的影響

圖7 pH對復合凝膠水分活度的影響

2.8 pH對復合凝膠抑菌效果的影響

由圖8可知，復合凝膠對金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌和白色假絲酵母菌均具有較強的抑菌效果，最高抑菌率均達到90%以上。其中pH 7.0～7.5的復合凝膠對金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌、白色假絲酵母菌的抑菌率分別為92%、94%和96%，抑菌效果特別明顯。

圖8 pH對復合凝膠抑菌效果的影響

3 結(jié)論

本實驗制備的殼聚糖-卡波姆復合凝膠為淡黃色半固體凝膠，無刺激性氣味，稠度適宜，與皮膚相容性好，易于涂抹，有清涼感，溫和無刺激。pH對復合凝膠的感官質(zhì)量、質(zhì)構(gòu)特性、水分活度影響較小，但pH越大，貯藏期內(nèi)霉變越小，pH 7.0～7.5的復合凝膠6個月后仍不長霉，貯藏穩(wěn)定性最好。復合凝膠對供試菌株均具有較強的抑菌效果，其中pH 7.0～7.5的復合凝膠品質(zhì)好，耐貯藏，對金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌和白色假絲酵母菌的抑菌效果特別明顯，抑菌率分別為92%、94%和96%，推測復合凝膠將對由于這些菌引起的婦科陰道疾病、傷口感染、皮膚癬病等具有較好的抑制作用.

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Zhuang Yuanhong1,2, Liu Jingna1, Huang Jiafu1, Lin Jiaofen1,2, Pan Yutian1*

(1.EngineeringTechnologicalCenterofMushroomIndustry,MinnanNormalUniversity,Zhangzhou363000,Fujian,China; 2.CollegeofBiologyScienceandTechnology,MinnanNormalUniversity,Zhangzhou363000,Fujian,China)

chitosan; carbomer; complex gel; stability; texture; antibacterial activity

福建省漳州市自然科學基金(ZZ2013J06)；福建省教育廳A類科技項目(JA12213；JA14205).

聯(lián)系方式：莊遠紅，E-mail:yuanhongzhuang@qq.com

2014-09-04；接受日期(Accepted)：2014-12-17；網(wǎng)絡出版日期(Published online)：2015-03-20

TQ 464; R 943

A

*通信作者(Corresponding author)：潘裕添，E-mail:xmpyt@sina.com

URL:http://www.cnki.net/kcms/detail/33.1247.S.20150320.2016.010.html