高稳定性醇溶蛋白基复合颗粒的制备、表征及其在酸奶中的应用

来源 :张义全 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wzq8013
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近年来,姜黄素因其具有独特的生物活性和功能而被广泛关注,但是水溶性差,生物利用率低等问题使其应用受限。纳米颗粒是提高姜黄素水溶性、稳定性以及生物利用率的有效载体。玉米醇溶蛋白与多糖构成的复合颗粒是姜黄素的理想载体,但这类复合颗粒容易受微环境影响而发生物理失稳现象,突出地表现为载体颗粒间易聚集、沉淀和难以分散,影响了姜黄素的生物利用率。因此,实现玉米醇溶蛋白-多糖复合颗粒的稳态化是亟待解决的难题。本研究以玉米醇溶蛋白为基材,采用反溶剂沉淀法制备得到玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶复合颗粒,揭示了其失稳机制;在此基础上,构建得到不同结构的玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶-单宁酸三元复合颗粒,并揭示了三元复合颗粒的形成机制和稳态化机制;阐明了不同结构三元复合颗粒对姜黄素包埋率和载药量的影响规律;研究了体外条件下不同尺寸复合颗粒对姜黄素抗氧化性和生物利用率的影响,并研究了姜黄素纳米颗粒添加量对酸奶物理特性的影响。主要研究结果如下:(1)通过测定颗粒的水合直径、载电量及微观结构发现玉米醇溶蛋白与阿拉伯胶可形成“核-壳结构”的复合颗粒,评价了不同解离剂(氯化钠、十二烷基硫酸钠、尿素等)对复合颗粒稳定性的影响,揭示了玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶复合纳米颗粒结构的失稳机制。当玉米醇溶蛋白和阿拉伯胶质量比为3:1~1:3,复合纳米颗粒水合直径范围在173.9±5.8~199.4±13.4 nm,相比于单一玉米醇溶蛋白颗粒其水合直径有所增大,并且阿拉伯胶的加入使颗粒表面净电荷由正电荷变为负电荷;并发现低浓度氯化钠(50 mmol/L)和十二烷基硫酸钠(0.05%,w/v)会破坏玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶复合颗粒的结构,使其颗粒直径和结构发生改变,但是浓度为0~8.0 mol/L的尿素溶液对颗粒的水合直径无影响,表明玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶复合颗粒的稳定性主要由静电作用和疏水作用维持。当添加单宁酸后显著提高了玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶复合颗粒的稳定性,并且生成的玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶-单宁酸三元复合颗粒在不同浓度氯化钠(0~3.0 mol/L)、不同p H值(4.0、7.0或9.0)条件下均没有聚集或沉淀,其水合直径在125.5±16.2~291.6±15.2 nm之间。(2)通过调节玉米醇溶蛋白浓度、核壳比、乙醇浓度、温度、pH值和盐离子条件,实现了三元复合颗粒的直径和结构调控,揭示了三元复合颗粒的形成机制。其中玉米醇溶蛋白浓度对三元复合颗粒的水合直径影响最大,制备的复合颗粒水合直径在94.3±0.6~300.9±6.6 nm之间;核壳比3:1~1:3时,颗粒粒径范围为114.5±0.4~127.3±0.4nm;经过40℃的热处理,颗粒的水合直径增加至227.8±1.3 nm;乙醇浓度在60%~90%范围内,玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶-单宁酸三元复合颗粒的水合直径从250.0±4.5 nm减小到107.7±1.3 nm。利用傅里叶变换红外光谱、氢谱核磁共振以及荧光光谱手段分析发现,相比于玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶之间的相互作用,单宁酸的引入没有影响复合颗粒间的静电作用,但明显增强了复合颗粒之间氢键作用,得到的三元复合颗粒具有耐盐和耐酸碱的特性。(3)通过调节玉米醇溶蛋白浓度和玉米醇溶蛋白与阿拉伯胶质量比,实现了负载姜黄素的三元复合颗粒的结构调控,明确了不同结构三元复合颗粒对姜黄素包埋率和载药量的影响及颗粒形成机制。玉米醇溶蛋白浓度为0.1%~2.0%时,负载姜黄素的三元复合颗粒水合直径范围为124.7±0.4~210.5±1.5 nm,姜黄素的最大包埋率和载药量分别为95.8%和1.48%;玉米醇溶蛋白和姜黄素质量比为100:1~2:1时,颗粒水合直径范围为112.1±0.9~142.3±1.5 nm。姜黄素的最大包埋率和载药量分别96.6%和4.38%。利用傅里叶变换红外光谱、荧光光谱以及X射线衍射光谱手段分析发现,姜黄素可以通过氢键作用与玉米醇溶蛋白结合,阿拉伯胶、单宁酸和姜黄素都可以猝灭玉米醇溶蛋白的荧光信号,其中单宁酸对玉米醇溶蛋白的荧光猝灭作用最强,并且姜黄素被包埋于三元复合颗粒后,其结构由结晶态转变为非结晶态。(4)通过对比负载姜黄素复合颗粒的稳定性、抗氧化性和生物利用率,发现相比于对照组的玉米醇溶蛋白-姜黄素和玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶-姜黄素复合颗粒,负载姜黄素的三元复合颗粒具有更强的物理稳定性和贮藏稳定性,并且不同尺寸的负载姜黄素三元复合颗粒的稳定性与其粒径和单宁酸含量有关;三元复合颗粒装载的姜黄素具有较好的光稳定性和热稳定性,在45、65和85℃时,姜黄素的最大保留率分别为98.8%、97.67%和94.3%。负载于三元复合颗粒的姜黄素半衰期最长为2312±77 min,是游离姜黄素半衰期的2.9倍。三元复合颗粒装载的姜黄素生物利用率和抗氧化性显著高于对照组,其中姜黄素生物利用率最高可达37.6%,是游离姜黄素生物利用率的8.97倍。添加姜黄素纳米颗粒的酸奶与对照组酸奶的持水力相似,并且姜黄素纳米颗粒酸奶的硬度以及弹性模量都高于对照组,当复合颗粒添加量为10.0%时,酸奶的硬度为0.51N,表明姜黄素纳米颗粒在酸奶中有很好的应用前景。综上所述,本研究实现了具有耐酸碱和耐盐特性的玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶-单宁酸三元复合纳米颗粒的可控制备,明确了不同结构三元复合颗粒对姜黄素包埋率和载药量的影响及颗粒形成机制。研究结果对疏水性生物活性物质在食品基质中的应用具有一定的参考意义,并为功能食品或食品配料开发与应用提供理论基础和科学依据。
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