天然聚合物水凝胶在食品和生物医学领域具有广阔的应用前景

中国农业科学院都市农业研究所植物与人类健康研究中心甘人友团队联合上海交通大学农业与生物学院食品科学与工程系方亚鹏团队,在食品科技国际著名期刊《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》(影响因子7.862,中科院SCI期刊工程技术1区(TOP)期刊)上发表题为“Recent advances in the structure, synthesis, and applications of natural polymeric hydrogels”的高水平综述,详细阐述了天然聚合物水凝胶的类别及其合成方式,以及在医药食品领域的应用。

水凝胶是一种具有膨胀能力的聚合网络材料,并在膨胀时能将大量的水保持在其三维结构中。近年来,水凝胶在食品和生物医学领域的应用受到越来越多的关注。如上图所示,根据合成的步骤,水凝胶可分为化学水凝胶和物理水凝胶,这二者的区别在于分子间的交联方式,前者通过化学键交联,后者通过微弱的交互作用交联,例如氢键。聚合物水凝胶一般以离子单体为基础,并且是交联的,因此它们具有极高的吸水特性,甚至比由高交联的非离子单体合成的水凝胶的吸水性还要高。

来源于多糖和蛋白质等生物聚合物的天然水凝胶越来越受到关注。来自天然聚合物的水凝胶优于合成水凝胶,前者运用牛奶蛋白,乳清蛋白,鸡蛋蛋白或不同的多糖可以制造出食品级的胶体,在食品工业中具有广阔的应用前景,目前它们已被用于不同生物材料的递送系统,如益生菌和具有生物活性的化合物,水凝胶作为递送载体的前景会越来越辽阔。此外,水凝胶还可用于封装、包装以及结构化食品的制造。

这篇文章综述了天然聚合物水凝胶的设计概念、类型、功能和应用等内容,重点介绍了水凝胶在食品中的应用。天然聚合物水凝胶由于其出色的生物相容性具有巨大的优势,可以作为合成聚合物水凝胶的潜在替代品。

最后作者提出了未来的研究方向。未来还需要进行更多的研究来了解均聚或共聚水凝胶的质地、机械、结构和消化相关的性质。此外,用于特异性/靶向递送水凝胶(如用于胃肠道)的开发也需要进行更多的研究。基于天然高分子材料的食品包装系统在食品工业中有着广阔的应用前景,基于水凝胶的包装研发也是一个值得进一步研究的方向。水凝胶在食品工业中的应用为天然聚合物在不同食品领域的应用开辟了新的视野。

参考文献:

Khalid Gul, Ren-You Gan*, Cui-Xia Sun, Ge Jiao, Ding-Tao Wu, Hua-Bin Li, Ahmad Kenaan, Harold Corke Ya-Peng Fang*. (2021) .Recent advances in the structure, synthesis, and applications of natural polymeric hydrogels, Critical Reviews in Food Science and Nutrition,inpress. DOI: 10.1080/10408398.2020.1870034