孫 琦，李明珠，安珂瑤，熊馨煒，范爽妍，樂 濤

（重慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，重慶 401331）

青年大學(xué)生是服務(wù)國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、建設(shè)創(chuàng)新型國家的重要力量。要加快建設(shè)創(chuàng)新型國家，必須重視大學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，使其在未來的職業(yè)發(fā)展中更好地勝任工作，成為推動大眾創(chuàng)業(yè)和萬眾創(chuàng)新的生力軍[1]。因此，大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)已成為當(dāng)今高等教育改革的重要內(nèi)容。創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)既離不開大學(xué)課堂上基礎(chǔ)理論知識的學(xué)習(xí)與掌握，又與課堂外嚴(yán)格的科研實踐訓(xùn)練密不可分。多年的實踐證明，開展大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃是本科實踐教育教學(xué)改革的重要舉措，也是高校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑[2]。

食品類本科專業(yè)屬于多學(xué)科交叉、注重應(yīng)用實踐的工科學(xué)科，通過依托“大創(chuàng)”項目來增進(jìn)和培養(yǎng)食品類專業(yè)大學(xué)生的科研創(chuàng)新能力符合當(dāng)前新工科背景和工程教育認(rèn)證要求[3]。以重慶師范大學(xué)食品質(zhì)量與安全專業(yè)學(xué)生為例，結(jié)合本科生“大創(chuàng)”項目——金納米顆粒的綠色制備及性能研究，通過設(shè)計綜合性食品化學(xué)實驗，以培養(yǎng)大學(xué)生自主創(chuàng)新能力為出發(fā)點，在指導(dǎo)教師引導(dǎo)下獨立開展科研訓(xùn)練，從而提高學(xué)生運用綜合知識的能力、培養(yǎng)科研素養(yǎng)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

1 實驗設(shè)計

金納米顆粒的綠色制備及性能研究主要涉及3 個試驗板塊：金納米顆粒的綠色制備、表征測試與抗菌性能研究。食品專業(yè)學(xué)生以4～5 人一組進(jìn)行分組，首先，根據(jù)課題任務(wù)進(jìn)行專業(yè)資料的查證、收集與整理，初步擬定實驗方案并由指導(dǎo)教師進(jìn)行可行性評價，通過小組討論優(yōu)化確定實驗方案；然后，根據(jù)實驗計劃開展相關(guān)實驗，對實驗中遇到的問題進(jìn)行小組解決，對實驗數(shù)據(jù)整理分析；最后，總結(jié)分析實驗結(jié)果，撰寫研究型實驗報告，并以PPT 形式進(jìn)行答辯評分。

2 實驗部分

2.1 試劑與儀器

肉桂醛、四水合氯金酸、無水乙醇、氫氧化鈉、濃鹽酸、LB 肉湯培養(yǎng)基、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等。

UH5300 型紫外可見分光光度計、NanoBrook Omni粒度儀、S10-3 型磁力攪拌器、AE224 型電子天平、M2 型酶標(biāo)儀、高壓滅菌鍋、透射電子顯微鏡等。

2.2 制備方法與表征測試

將100 mL 新鮮配置一定質(zhì)量濃度的氯金酸溶液倒入100 mL 三角瓶中，置于磁力攪拌器上加熱攪拌至沸騰，沸騰1 min 后立即加入4.5 mL 新鮮配置的一定質(zhì)量濃度肉桂醛—乙醇溶液并加大攪拌力度，繼續(xù)加熱一段時間后溶液發(fā)生顏色變化，再加熱一定時間完成后冷卻至室溫，用8～14 kD 分子量透析袋純化透析24 h，每2 h 換一次水，第3 次換水后間隔6 h 再換水，透析完成后將樣品保存于4 ℃冰箱中。使用紫外- 可見分光光度計測定所得樣品在波長200～700 nm 處的紫外可見吸收光譜，用激光粒度分析儀來測定肉桂醛@金納米顆粒粒徑與多分散指數(shù)（PDI），并利用透射電鏡觀察粒子形貌結(jié)構(gòu)。

2.3 肉桂醛@金納米顆粒體外抑菌活性

采用微量肉湯稀釋法來測定抗菌生長曲線測定[4]。取不同體積樣液和無菌水加入96 孔板中，使其終質(zhì)量濃度分別達(dá)到500，400，300，200，100 μL/mL。向每孔移加樣液后用移液槍充分吹打混勻樣液。于121 ℃條件下滅菌20 min，冷卻后，加入10 μL 菌懸液和30 μL 肉湯培養(yǎng)基，以等體積的無菌去離子水代替樣液作為陽性對照，以等體積的肉湯培養(yǎng)基代替菌液為陰性對照。每個樣品重復(fù)3 次。將96 孔板置于37 ℃下恒溫箱中培養(yǎng)24 h，測定液體在0，2，4，6，9，12，15，18，21，24 h 于波長600 nm 處吸光度，繪制細(xì)菌生長曲線。

3 結(jié)果與分析

3.1 肉桂醛@金納米顆粒的制備

（a） 肉桂醛@金納米顆粒的紫外—可見吸收光譜與（b） 實物照片見圖1。

圖1 （a） 肉桂醛@ 金納米顆粒的紫外—可見吸收光譜與（b） 實物照片

由圖1（a） 可知，由于苯環(huán)與π 共軛作用，肉桂醛在290 nm 處出現(xiàn)最大吸收[5]。透析后的譜帶與透析合成前光譜相比，在波長290 nm 處峰較低，在波長530 nm 峰型相近，表明透析已將部分未合成到材料上的游離肉桂醛成功除去。透析合成后的肉桂醛@金納米粒子在波長290 nm 附近和530 nm 附近有最大吸收。在波長290 nm 處的譜帶與肉桂醛的吸收譜帶一致，表明樣液中還含有肉桂醛，可能代表的是納米粒子表面包裹的肉桂醛。在波長520 nm 附近出現(xiàn)的吸收峰，可被認(rèn)為納米金粒子的等離子共振紫外吸收特征峰。通過測定紫外可見吸收光譜，可以證明肉桂醛@金納米顆粒已經(jīng)成功制備（圖1（b））。

3.2 肉桂醛@金納米顆粒的表征

肉桂醛@金納米顆粒的粒徑分布（a） 與透射電鏡形貌表征（b） 見圖2。

圖2 肉桂醛@ 金納米顆粒的粒徑分布（a）與透射電鏡形貌表征（b）

納米粒度儀測試結(jié)果表明，在最佳制備條件下得到的肉桂醛@金納米顆粒平均粒徑為（26.2±3.7） nm，（見圖2（a）），多分散指數(shù)PDI 為0.26，表明粒子分散性良好。為了進(jìn)一步表征肉桂醛@金納米粒子的形貌和粒徑，對所合成的材料進(jìn)行了透射電鏡檢測。由圖2（b） 可知，肉桂醛@金納米粒子形貌呈球狀，且納米金核外部有一層很薄的高分子層，是肉桂醛覆蓋所致。正是因為在納米粒子表面有這層肉桂醛的包覆，才能在一定程度上阻止納米粒子的團(tuán)聚，控制納米粒子的粒徑。因此，肉桂醛除了作為還原劑外，還能作為保護(hù)劑防止金納米顆粒聚集。

3.3 肉桂醛@金納米顆粒的抑菌活性

肉桂醛@金納米顆粒對（a） 大腸桿菌和（b）金黃色葡萄球菌的抑菌活性見圖3。

圖3 肉桂醛@ 金納米顆粒對（a） 大腸桿菌 和（b） 金黃色葡萄球菌的抑菌活性

吸光度與菌懸液質(zhì)量濃度存在線性正比關(guān)系，由圖3（a） 可知，不同質(zhì)量濃度肉桂醛@金納米顆粒對大腸桿菌的抑制作用，在24 h 內(nèi)各試驗組對應(yīng)的OD600nm均小于對照組，表明肉桂醛@金納米顆粒對細(xì)菌的生長具有一定的抑制作用，并且肉桂醛@金納米顆粒溶液質(zhì)量濃度越高，抑制作用越明顯。隨著處理時間達(dá)到9 h 后，不同質(zhì)量濃度肉桂醛@金納米顆粒溶液抗菌性表現(xiàn)出較明顯差異。質(zhì)量濃度100～300 μL/mL 肉桂醛@金納米顆粒溶液，其OD600nm與對照組接近，抑菌作用不明顯。當(dāng)質(zhì)量濃度增大到400 μL/mL 時，前9 h OD600nm處于極低的范圍，9 h 后開始快速上升，大腸桿菌開始快速繁殖。當(dāng)質(zhì)量濃度達(dá)到500 μL/mL 時，表現(xiàn)出明顯的抑制作用，其OD600nm在9 h 后與水平軸趨于平行且保持穩(wěn)定，說明大腸桿菌的生長繁殖一直處于有效抑制的狀態(tài)。由圖3（b） 可知，隨著肉桂醛@金納米顆粒溶液質(zhì)量濃度的增加，對金黃色葡萄球菌的抑菌作用越強(qiáng)。與對照組相比，當(dāng)肉桂醛@金納米顆粒質(zhì)量濃度為100～400 μL/mL 時，在9 h 后OD600nm較對照組偏低，呈現(xiàn)與對照組相似的變化規(guī)律，說明此質(zhì)量濃度下對金黃色葡萄球菌抑菌作用不強(qiáng)。質(zhì)量濃度為500 μL/mL 時，其OD600nm始終保持穩(wěn)定的趨勢，說明此濃度下金黃色葡萄球菌生長被完全抑制。因此，肉桂醛@金納米顆粒具有抑菌活性，且與質(zhì)量濃度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)語

以“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”等科研項目為依托，通過讓食品專業(yè)本科生參與納米金顆粒的制備、材料結(jié)構(gòu)表征與抗菌活性研究，可有效促進(jìn)學(xué)生對食品化學(xué)及其他專業(yè)知識的理解與認(rèn)識，深化現(xiàn)代分析技術(shù)在食品科學(xué)研究中的實踐與應(yīng)用，從而強(qiáng)化了食品類專業(yè)大學(xué)生自主分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生獨立開展科研工作的創(chuàng)新能力與科研素養(yǎng)。