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磁性纳米颗粒作为一种有效的转运载体,近年来受到食品领域广泛的关注和研究,包括食品酶的固定化、食品快速检测技术和工业废水处理等。壳聚糖,作为磁性纳米颗粒的修饰保护层材料,也可以有效防止由于磁性纳米颗粒之间偶极相互作用而产生的团聚现象,在磁性纳米颗粒表面提供有效功能性基团,提高其应用范围。壳聚糖的修饰功能化还可以使磁性壳聚糖纳米颗粒在保留良好磁特性的同时还具备较高的生物相容性。现如今,为了能够广泛的拓展磁性壳聚糖纳米颗粒的应用领域及范围,就需要获得具有较窄粒径分布范围的纳米级磁性壳聚糖颗粒,而且,磁性壳聚糖纳米颗粒的潜在安全性风险尚不明确,影响其在食品或其他领域中的广泛使用。因此,本论文的研究目标就是首先建立一种基于两步法和油包水微乳包埋法的新型磁性壳聚糖纳米颗粒制备方法;其次是通过对制备获得的磁性壳聚糖纳米颗粒进行体外溶血性、细胞毒性和细胞吸收性分析,完成对磁性壳聚糖纳米颗粒的体外安全性评价;最后,基于获得的磁性壳聚糖纳米颗粒,完成它们在食品色素吸附去除和胞外冰核因子(ECINs)固定化的应用研究。主要研究内容和结果如下:(1)不同于磁性壳聚糖纳米颗粒一步原位法和两步反相悬浮制备法,通过基于Triton X-100油包水反相微乳包埋体系将壳聚糖包埋于已制备好的磁性Fe3O4纳米颗粒,建立了新的纳米级磁性壳聚糖颗粒的两步制备方法。制备获得的磁性壳聚糖纳米颗粒具有粒径分布范围为50 nm至92 nm的较窄分布区间:X射线衍射分析结果表明壳聚糖的的包埋过程不会引起Fe3O4纳米颗粒的尖晶石型结构,傅里叶变换红外光谱和热重分析的结果显示,壳聚糖成功的包埋于Fe3O4纳米颗粒表面且壳聚糖质量占比大约为50%;制备获得的磁性壳聚糖纳米颗粒其饱和磁化强度为18.62 emu/g,同时具有超顺磁性;而且在外加磁场的情况下,磁性壳聚糖纳米颗粒在pH高于4的溶液中10 min的回收率可以达到99.99%。结果表明,通过新方法所制备的纳米级磁性壳聚糖颗粒具有较窄粒径分布和较高的回收程度。(2)对壳聚糖包埋前后的磁性Fe3O4纳米颗粒进行了体外溶血性、细胞毒性和细胞吸收性分析。在模拟胃液消化试验中,壳聚糖的包埋可以明显提高其消化降解率;壳聚糖包埋的磁性纳米颗粒(MCNs,Fe3O4CSNPs)表现出比Fe3O4NPs略高的溶血率,但它们均具有良好的生物相容性;Fe304CS NPs在基于HepG2和Caco-2细胞的细胞毒性评价表现出比Fe3O4NPs更低的细胞毒性;Fe3O4CS NPs在Caco-2细胞单层模型上具有比Fe3O4 NPs更高的累积转运分数和表观渗透系数,但不具有良好的渗透吸收性,在HepG2细胞吸收试验中,正电荷的Fe3O4CS NPs可以有效克服细胞膜屏障而完成HepG2细胞极入;而且Fe3O4CS NPs还会引起的Caco-2细胞单层模型TEER值的下降,但是TEER值依旧可以在一定时间后完全恢复,不会对Caco-2细胞单层模型造成永久型损伤。结果表明,在系统体外安全性评价中,Fe3O4CS NPs的表现是属于安全范畴的。(3)通过戊二醛交联改性磁性壳聚糖纳米颗粒(MCNs,Fe3O4CSNPs)获得了戊二醛交联磁性壳聚糖纳米颗粒(GMCNs),不仅表现出对食品色素吸附具有良好的吸附能力,而且还表现出低细胞毒性。通过对GMCNs吸附FD&C Blue 1和FD&C Yellow 5的吸附特性进行研究,GMCNs的吸附量受到溶液pH值、色素初始浓度和吸附初始温度的影响。准二级吸附动力学模型和Langmuir等温吸附模型很好满足GMCNs对食品色素的吸附过程,在pH 3.0、吸附温度为30℃时,GMCNs吸附FD&C Blue 1和FD&C Yellow 5最大吸附量分别达到475.61 mg/g和292.07 mg/g:且GMCNs对食品色素的吸附过程是一个自发放热反应:吸附在GMCNs上的食品色素可以在碱性溶液中有效解析,GMCNs可以在食品色素去除过程中被循环使用。结果表明,GMCNs吸附是一种在水环境中安全、有效和经济的去除食品色素的方式。(4)以戊二醛(GA)和环氧氯丙烷(ECH)作为交联剂,将从草生欧文氏菌Erwinia herbicola中分离获得的胞外冰核因子(ECINs)通过共价交联的方式固定于磁性壳聚糖纳米颗粒(MCNs)上。对固定化过程参数进行了优化,最佳固定条件下GA固定化ECINs(GAECINs)和ECH固定化ECINs(ECHECINs)的冰核活性(INA)分别达到了 1.56× 106 Units/mg 和 1.62 × 106 Units/mg;GA ECINs 和 ECH ECINs 均表现出在 15 次反复冻融后具有的良好可重复利用性以及较低细胞毒性,GAECINs与ECH ECINs相比更加容易回收且在不同pH环境具有更好的稳定性;GAECINs可以有效提高纯水、海水和苹果汁冰晶形成的核化温度,分别提高6.83℃、8.08℃和9.38℃。结果表明,GAECINs作为一种新型冷冻成核材料,在冷冻食品工业中具有广泛的应用前景。