基于二氢杨梅素的Pickering乳液构建及其稳定机制研究

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Pickering乳液是由固体颗粒代替表面活性剂构建。与传统乳液相比,Pickering乳液的优越性主要表现在:不可逆的界面吸附和优异的抗聚结稳定性。对于制药和食品领域,食品级蛋白和多糖颗粒乳化剂在成本、生物相容性、可降解性、消费者接受度方面有望优于无机或有机合成高分子颗粒。但蛋白基和多糖基颗粒的获得常需经有机溶剂处理、酸解、酯化等改性方式,这些方法存在加工繁琐、环境不友好、产物安全性有待验证等问题。研究表明,个别食源性类黄酮可单独或与生物大分子共同稳定Pickering乳液。基于类黄酮构建相应的乳液,不仅可扩展Pickering乳化剂的来源,还能赋予乳液新的生物学功能。二氢杨梅素(DMY)是显齿蛇葡萄叶中大量存在且具有多种生物活性的类黄酮,课题前期偶然发现其可稳定Pickering乳液,但相关机制不明。有鉴于此,本课题基于易获得、高安全的DMY,并结合食源性生物大分子,整体上以追求简单、绿色、低成本、可调控的Pickering乳液制备材料为目标,成功构建不同类型Pickering乳液。并综合运用显微、流变、质构、波谱等手段考察颗粒性质和环境因素操控Pickering乳液结构及特性的规律。依托试验和理论计算建立“分子互作-界面行为-颗粒特征-乳液性质”的多尺度关联,以期阐明Pickering乳液的形成和稳定机制。本论文主要研究内容和相关结论如下:(1)构建了DMY稳定的食品级Pickering乳液凝胶。考察了DMY颗粒性质、影响凝胶形成的因素、不同因素下凝胶的微观结构和力学性能。结果表明,DMY颗粒呈棒状晶体结构且具有两亲性。它们通过相互重叠形成三维空间网络,作为物理屏障分隔油水相,稳定乳液凝胶。DMY浓度和油相质量分数对凝胶的形成和力学性能有显著影响,且碱性和低离子强度条件有利于凝胶的稳定性。(2)为阐明DMY稳定Pickering乳液的分子机制,选取DMY、杨梅素、杨梅苷等结构相近的类黄酮,系统比较其Pickering乳化能力、化学结构参数和界面张力,并借助分子动力学方法研究它们在油-水界面的动态吸附行为。结果表明DMY和杨梅苷都能稳定Pickering乳液,且DMY更倾向稳定凝胶。杨梅素则因乳化性较差难以稳定Pickering乳液。Pickering乳化能力可能与log P值和偶极矩密切相关。分子动力学分析显示DMY、杨梅苷、杨梅素均能吸附在油水界面,增加界面厚度,杨梅苷降低界面张力的效果最好,而杨梅素降低界面张力的能力最差,这与实际试验结果基本一致。径向分布函数可较好反映这些类黄酮在油水界面处的分子指向和聚集情况,其可作为预测类黄酮稳定Pickering乳液能力的潜在构效指标。(3)建立了一种以DMY/高直链玉米淀粉(HCS)为复合颗粒制备Pickering乳液凝胶的实用绿色策略。在研究中将试验和分子模拟相结合,阐明其稳定乳液凝胶的分子机制。研究发现复合颗粒中DMY的含量(w)和复合颗粒加入量(c)对乳液凝胶的形成和性能有明显的协同作用且得到的乳液凝胶对离子强度不敏感。波谱分析和分子动力学模拟分析证实了DMY/HCS主-客体超分子的存在。这些超分子复合物可以聚集体吸附在油水界面并相互聚集,降低界面张力。(4)以DMY/HCS复合颗粒为乳化剂,将高速剪切和高压均质相结合,构建了Pickering纳米乳液。系统考察了颗粒性质和均质条件对Pickering纳米乳液形成及递送特性的影响。结果表明复合颗粒和均质条件对乳液粒径有显著影响,特定的复合物颗粒(c=5-20%)在加入量适宜时能形成Pickering纳米乳液。所得乳液的油相在高温储藏过程中具有很好的稳定性,其保护β-胡萝卜素抵御紫外分解的效果也优于吐温20稳定的纳米乳液。体外模拟消化试验亦表明复合颗粒稳定的纳米乳液能显著提高β-胡萝卜素的生物可及率,并有降血糖的潜力。(5)明确了以溶菌酶(LY)和DMY简单混合作为乳化剂,直接构建食品级Pickering高内相乳液凝胶的可行性。考察混合物的组成和加入量以及油相体积分数对高内相乳液凝胶结构及性质的影响。在此基础上,综合运用试验和分子模拟手段,揭示LY和DMY共同稳定高内相乳液凝胶的分子机制。结果表明以DMY和LY可在较低浓度下协同稳定高内相乳液凝胶,DMY在高内相乳液凝胶形成中具有主导作用。在此过程中,DMY对LY的活性无明显影响且二者之间的互作较弱。LY的存在有助于油水体系界面张力的进一步降低。分子模拟也证实DMY难以进入LY的活性位点形成经典的主客体超分子复合体,其可通过与LY相互搭接协同稳定乳液。此外,所得高内相乳液凝胶在叶黄素保护和减少油脂氧化方面表现优异。
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