一种多级层状结构食品级水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多级层状结构食品级水凝胶的制备方法，包括：搭建三明治模型的凝胶交联槽；通过不同亲疏水性材料制备具有不同基板效应的基板；在亲/疏水性相同的两块基板中间区添加食品胶体溶液，紧固基板后，将其置于溶液槽中；向溶液槽注入离子交联剂，基板外围的阳离子逐渐扩散与胶体溶液中的胶体分子交联反应形成凝胶；其中，采用亲水性基板获得常见表观均匀的食品水凝胶，而采用疏水性基板可获得多级层状结构的食品水凝胶。本发明专利技术通过基板效应的调控，在常见基于扩散

【技术实现步骤摘要】
一种多级层状结构食品级水凝胶的制备方法


[0001]本专利技术属于食品材料领域，具体涉及一种多级层状结构食品级水凝胶的制备方法。

技术介绍

[0002]食品水凝胶由于其“软湿”性、功能多样化、生物相容性高等，受到广泛的研究与关注。但是普通制备的水凝胶，组成单一、结构无序，其特征结构往往存在单一尺度上，因而力学性能较弱，难以满足食品的多重咀嚼需求。目前研究发现，天然食品结构多呈现出层状多级有序性，因而具有较强的力学性能，可提供丰富的咀嚼感官特性。受此启发，通过调控凝胶分子空间分布，在无序食品凝胶体系中引入多级层状结构，可有效地改善食品凝胶的力学性能，还可广泛应用于食品功能成分运输、细胞培养支架、仿生食品多级结构模拟等方面。因此，搭建多级层状结构食品凝胶对于食品工业发展具有重要意义。
[0003]目前，凝胶层状结构构建方法主要有：(1)3D打印构造法，将3D打印技术与水凝胶相结合，以胶体溶液为打印原料，逐层打印堆积，形成凝胶层状结构水凝胶(Jang T S,Jung H D,Pan H M,et al.3D printing of hydrogel composite systems:Recent advances in technology for tissue engineering[J].International Journal of Bioprinting,2018,4(1).102436)；(2)交替过程法，反复地中断和恢复凝胶胶体粒子的交联反应以形成多层结构水凝胶(Zarket,B.C.；Raghavan,S.R.,Onion
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like multilayered polymer capsules synthesized by a bioinspired inside
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out technique.Nature Communications 2017,8(1),1
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10)；(3)信号感应法，比如运用可调的电信号，周期性改变反应环境中的pH，控制大分子电解质这一类凝胶胶体的交联凝胶化，得到层状结构的水凝胶(Yuan X,Yan K,Bentley W E,et al.Compartmentalized Multilayer Hydrogel Formation Using aStimulus
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Responsive Self
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Assembling Polysaccharide[J].ACS Applied Materials&Interfaces,2014,6(4).2948
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2957)。在层状水凝胶制备的基础上，多级层状结构的实现难度较大，相关报道更为少见。有研究基于物理/化学反应，调控不同尺度上结构单元的相互作用，得到宏观、介观或微观下的层状结构，获得多级层状结构水凝胶(Chao T,Qiao J,Wang J,etal.Hierarchical Layered Heterogeneous Graphene
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poly(N
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isopropylacrylamide)
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clay Hydrogels with Superior Modulus,Strength,and Toughness[J].Acs Nano,2015,10(1),413
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420)。
[0004]此外，专利文献中对于层状水凝胶的设计也主要是基于交替过程法的改进。专利CN1032391537A公开一种多层水凝胶及其制备方法，采用将凝胶核在交联剂和高分子溶液中交替浸渍制得多层水凝胶；专利CN107286359B公开一种异质多层结构的水凝胶及其制备方法，首先制备含有水溶性二价阳离子盐的具有光交联特性的温敏凝胶芯，然后再浸泡于海藻酸钠水溶液中，接着重复步骤，最后经光交联反应在温敏凝胶芯与海藻酸盐凝胶的界面处形成光交联凝胶层以获得多层结构海藻酸钠水凝胶。专利CN108159002B公开一种洋葱仿生多层结构药物可控释放载体的制备方法，将单层载药水凝胶球混入混合溶液A和混合
溶液B中，搅拌、固化得到粒径均一的两层载药水凝胶球，重复此步骤得到多层水凝胶球。专利CN111518284B公开一种甲壳素多层水凝胶材料的制备方法，将琼脂棒先置于戊二醛
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醋酸溶液中浸泡，再放入甲壳素溶液中浸泡，重复浸入甲壳素溶液和戊二醛
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醋酸溶液，得到多层水凝胶。
[0005]综上所述，现有技术中层状水凝胶仍存在如下问题：
[0006](1)现有的层状结构凝胶工艺繁琐、操作难度较大。比如，3D打印构造法容易受到打印设备的制约，交替过程法需要繁琐重复性的进行调控，信号感应法则需要凝胶胶体为特殊的信号接受分子和严苛的反应环境，上述加工的难度制约了层状凝胶的加工发展。
[0007](2)目前层状结构的设计多为单一尺度，尤其鲜见不同尺度下的层状结构，缺乏多级性的考量。常见的层状结构设计，如交替过程法也难以准确实现多级层状结构，而通过不同尺度上的结构单元相互作用得到多级结构，也受到复杂反应的制约。
[0008](3)现阶段多级层状结构设计多为化学材料领域的探索实践，受到食品加工领域安全高效要求的限制，如上述专利文献中光交联剂、戊二醛等在食品加工中限制使用。

技术实现思路

[0009]基于现有技术的上述不足，本专利技术的目的是提供一种多级层状结构食品级水凝胶的制备方法，使用简单的方法在构建层状结构的同时，实现水凝胶层状结构的多级性。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0011]本专利技术提供的一种多级层状结构食品级水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1：搭建三明治模型的凝胶交联槽；其中，所述凝胶交联槽包括溶液槽，其内放置通过螺栓固定、垫片分割的若干块基板；
[0013]步骤2：所述相邻两基板采用亲/疏水性相同的基板，在所述基板中间区添加胶体溶液，紧固所述基板后，将其置于所述溶液槽中；
[0014]步骤3：向所述溶液槽注入离子交联剂，所述基板外围的阳离子逐渐扩散与所述胶体溶液中的胶体分子交联反应形成凝胶；
[0015]其中，采用亲水性基板获得表观均匀的食品水凝胶，采用疏水性基板获得多级层状结构的食品水凝胶。
[0016]步骤1中，所述基板包括选自聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和玻璃。
[0017]步骤2中，所述胶体溶液为质量分数为1％
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4％的海藻酸钠溶液。
[0018]步骤3中，所述离子交联剂为氯化钙溶液。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0020]1.本专利技术仅立足于基板效应，在常见扩散
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反应交联法制备普通水凝胶的基础上，通过调控基板材料的亲疏水性获得层状结构水凝胶，在凝胶形成过程中不涉及额外繁琐或者重复的步骤，工艺简单。此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级层状结构食品级水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：搭建三明治模型的凝胶交联槽；其中，所述凝胶交联槽包括溶液槽，其内放置通过螺栓固定、垫片分割的若干块基板；步骤2：所述相邻两基板采用亲/疏水性相同的基板，在所述基板中间区添加胶体溶液，紧固所述基板后，将其置于所述溶液槽中；步骤3：向所述溶液槽注入离子交联剂，所述基板外围的阳离子逐渐扩散与所述胶体溶液中的胶体分子交联反应形成凝胶；其中，采用亲水性基板获得表观均匀的食品水凝胶，采用疏水性基板获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：方亚鹏，赵一果，何君，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：