酪蛋白磷酸肽-壳聚糖自组装负载槲皮素的超声波制备技术及功能特性研究

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随着人们对营养与健康的日益重视,生物活性成分在功能性食品领域的应用逐渐成为研究热点。以槲皮素为代表的黄酮、多酚、精油、类胡萝卜素和植物甾醇等生物活性成分均存在着水溶性低、结构易受到破坏、稳定性较差和生物利用度低等缺点。利用食源性的生物大分子,构建稳定有效的纳米输送载体对生物活性成分进行包埋和保护以提高其生物利用率,在食品营养研究领域具有重要意义。目前,蛋白质基生物大分子(蛋白质或酶解得到的大分子多肽)-多糖自组装复合纳米颗粒已被应用于生物活性成分的包埋和保护。超声波可以促进蛋白质基生物大分子和多糖交联,以提高对生物活性成分的负载效率,得到功能特性更优良的纳米颗粒。本文利用酪蛋白磷酸肽(CPP)-壳聚糖(CS)自组装构建槲皮素(Qu)的包埋载体,将先进的多模式超声波技术应用于CPP-CS-Qu纳米颗粒的制备工艺中,优化CPP-CS-Qu纳米颗粒的配方和超声波制备工艺条件,研究不同条件下制备的槲皮素复合纳米颗粒的结构特征、表观形貌和功能特性,主要研究结论如下:(1)通过单因素优化得到制备CPP-CS-Qu纳米颗粒的最优配方条件:CPP浓度1.5 mg/m L、CPP-CS质量比1:1、Qu-CPP质量比1:15,研究发现CPP-CS复合相比于单一CPP对Qu的包埋效果更好;在此基础上通过单因素和正交试验得出最优超声工艺条件为:超声频率20/35/50 k Hz、功率240 W、时间20 min、间歇比20 s/5 s,相比于未超声处理,Qu的包埋率提高了9.49%、负载率提高了0.32%,颗粒粒径减小了119.11 nm,Qu在水中的溶解量从30.98提高至35.50μg/m L;选择包埋效果较差的配方(Qu-CPP质量比为1:5)条件进行超声处理后,Qu的包埋率和负载率分别提高了27.84%和2.79%,Qu在水中的溶解量提高了39.31μg/m L;此外,超声处理使CPP-CS-Qu(US)纳米颗粒分散液的PDI减小和Zeta电位升高。(2)对不同条件制备的槲皮素复合纳米颗粒的表观形貌和结构进行表征,结果表明:CS和Qu的加入能改变CPP中色氨酸残基周围的极性微环境并导致荧光猝灭,CPP与CS、Qu之间通过非共价相互作用力结合(主要包括静电相互作用、氢键和疏水相互作用),CPP-CS-Qu纳米颗粒中CPP的α-螺旋含量增加了3.75%而β-折叠含量降低了3.55%,Qu被包埋后以无定形态分布在纳米颗粒中,CPP与CS复合相比于单一CPP包埋Qu制备的纳米颗粒的热稳定性更好;相比于未超声处理,经超声处理制备的CPP-CS-Qu(US)纳米颗粒表面更加光滑、平均尺寸减小且分散性更好,超声处理导致荧光强度进一步猝灭,多肽分子结构展开暴露出更多的基团,进而增强了与CS、Qu分子间的相互作用力,超声处理制备的复合纳米颗粒的热稳定性增强,然而晶体结构没有发生改变。(3)对不同条件制备的槲皮素复合纳米颗粒的稳定性、抗氧化性及胃肠消化特性进行研究,结果表明:相比于CPP-Qu、CPP-CS-Qu纳米颗粒,经超声处理制备的CPP-CS-Qu(US)纳米颗粒在p H 3~6范围内由于CPP与CS之间的强静电相互作用分散液稳定性更好,在Na Cl浓度低于100 m M的范围内颗粒粒径相对较小且保持稳定,经超声处理制备的纳米颗粒在不同热处理温度、光照时间及储存时间下的稳定性均有不同程度的提高;不同制备条件的槲皮素复合纳米颗粒的抗氧化性主要来源于Qu分子,相比于游离Qu与CPP-Qu纳米颗粒,CPP-CS-Qu体系纳米颗粒的抗氧化性显著提高,相比于未超声处理,CPP-CS-Qu(US)纳米颗粒的DPPH和ABTS自由基清除率分别提高了4.55%和4.78%且其对Fe3+的还原能力增强;利用超声诱导CPP-CS自组装作为包埋Qu的载体,在胃肠消化液中可以实现对Qu的保护,并起到缓释作用,进而提高了Qu的生物利用度。
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