食品功能因子对于调节人体健康、提高人体机能表现出显著的生理活性,然而溶解度低、稳定性差和生物利用率低等问题严重限制了一大部分食品功能因子发挥其生理活性。环糊精(CD)是一种具有“内疏水、外亲水”环状分子结构的淀粉酶解产物,对疏水性功能因子表现出优异的识别与装载能力。然而CD分子较强的结构刚性使其在水中的溶解度十分有限,极大地限制了其在水性食品体系中的应用范围。为了提高CD对疏水性食品功能因子装载能力、扩大CD在食品体系中的应用范围,本论文开发并筛选安全高效的CD改性手段,采用干热酯化改性技术设计制备了琥珀酸环糊精酯(SACD)。与CD相比,SACD装载能力更强、应用范围更广、载体设计灵活度更高。以姜黄素作为模型疏水性功能因子,探究了SACD对姜黄素的装载与稳态化作用效果及机制;通过解析SACD对姜黄素与血浆蛋白结合的调控作用,详细阐明SACD促进姜黄素生物利用度的相关机制;进一步将SACD与含有阳离子基团的生物大分子结合构建姜黄素载体,实现姜黄素的稳态化控制递送。主要研究结果如下:(1)筛选并建立CD的干热酯化改性方法,在140℃、0～20 min条件下成功在CD分子上接枝了琥珀酸(SA)基团并制备了SACD。通过采集X-射线衍射(XRD)图谱、傅里叶红外(FTIR)光谱、核磁共振~1H谱(~1H NMR)和~(13)C谱(~(13)C NMR)对SACD结构进行分析后发现:与未改性CD相比,SACD结晶结构消失;通过控制反应时间可获得取代度(0～4.62)可控的SACD;酯化反应首先发生在CD分子中葡萄糖单元的C-6位,随后发生在C-3和C-2位;SACD分子中含有未反应的阴离子羧基,赋予其更加灵活的载体设计性。此外,SACD水溶性相较于CD提高250倍以上,采用甲基橙分子探针法测量的SACD空腔活性比CD提高了1.41倍,与改性前相比,SACD对模型功能因子姜黄素的装载率由15.7%提高至91.7%。且SACD未表现出细胞毒性。所制备的SACD应用范围更广、装载能力更强,在食品功能因子装载的应用中具有极大开发潜力。(2)进一步探究了SACD与模型功能因子姜黄素的相互作用机制及SACD对姜黄素的稳态化作用效果。通过形成姜黄素-SACD(Cur-SACD)包合物,SACD有效地提高了姜黄素在水中的分散性Navitoclax。经计算,SACD对姜黄素的装载量高达10 mg/g,是β-CD对姜黄素装载量的约5.9倍。Cur-SACD包合物的~1H NMR和FTIR图谱解析结果表明,姜黄素分子其中一个芳香环在氢键相互作用下进入SACD的疏水空腔从而形成Cur-SACD包合物。SACD分子中的SA基团提供了与姜黄素相互作用的新位点,有效地提高了SACD对姜黄素的包埋能力。通过相溶解度实验计算Cur-SACD包合物的结合参数发现,SACD与姜黄素自发形成摩尔比为1:1的Cur-SACD包合物,该包合物体系稳定常数K_c达到829 L/mol,表明SACD与姜黄素具有较强的亲和性。Cur-SACD包合物的XRD图谱结果表明其具有无定形结构,有利于增强姜黄素的生物利用度。此外,Cur-SACD包合物的形成使姜黄素在长期储存、UV照射、食品加工(巴氏杀菌)及生理条件(生理温度、生理盐浓度及胃肠道p H)下的稳定性得到显著提高,说明SACD可作为一种高效的稳态化手段用于功能因子的装载与保护。(3)采用牛血清白蛋白(BSA)模拟体液中的转运蛋白分子,考察SACD对姜黄素与血浆蛋白间相互作用的影响及其机制,从而评估SACD对姜黄素生物利用度的影响。通过采集Curhttps://www.selleck.cn/products/iacs-010759-iacs-10759.html-SACD-BSA体系的荧光光谱并绘制Stern-Volmer和Hill曲线,计算体系内相互作用参数可知,SACD降低了姜黄素对BSA的静态淬灭,增强了姜黄素与BSA的结合,使其结合常数和平均结合位点分别从3.87×10~3L/mol/s和0.80增加至1.52×10~5L/mol/s和1.15,表明SACD有利于抑制姜黄素从体液中迅速排泄,从而促进其充分发挥其生理活性。同步荧光光谱和UV-vis光谱结果表明,SACD通过抑制姜黄素与BSA的酪氨酸和色氨酸残基的相互作用,减少了氨基酸残基周围微环境极性的改变。采用圆二色光谱进一步分析体系中BSA二级结构的变化,发现SACD显著降低了姜黄素引起的BSA二级结构损失,同时有效地提高Pullulan biosynthesis了BSA构象的热稳定性,表明SACD有助于减少姜黄素引起的BSA构象变化所带来的潜在毒副作用。(4)基于静电自组装结合反溶剂沉淀技术构建SACD/壳聚糖(SACD/CS)纳米颗粒型载体。通过调节SACD与壳聚糖的比例获得形貌和尺寸均一的SACD/CS纳米颗粒。SACD/CS纳米颗粒表面带正电荷,说明SACD主要作为交联节点存在于纳米颗粒内部。通过分析SACD/CS纳米颗粒的FTIR图谱可知,含羧基的SACD与含氨基的CS分子主要通过静电相互作用自组装形成纳米颗粒。XRD结果表明SACD/CS纳米颗粒内部在静电相互作用下形成了新的分子排列结构。通过考察SACD/CS纳米颗粒对模型功能因子姜黄素的装载与稳态化效果,结果表明,姜黄素-SACD/CS(Cur-SACD/CS)纳米载体使姜黄素在模拟胃液p H、肠液p H、生理盐浓度和生理温度条件下的保留率(RI)维持在62%以上,而经过同样处理的游离姜黄素RI低至19%左右。且SACD/CS纳米颗粒无细胞毒性。进一步采用体外上消化道模型探究Cur-SACD/CS纳米载体中姜黄素的释放规律可知,在模拟口腔、胃和小肠消化过程中,载体中姜黄素的释放率分别为9%、22%和44%,而游离姜黄素的释放率分别为0.03%、0.07%和7.94%,说明Cur-SACD/CS纳米载体实现了姜黄素在消化过程中的延缓控制递送。(5)采用静电纺丝技术构建SACD/玉米醇溶蛋白(SACD/Z)纳米纤维型载体。通过调节SACD与玉米醇溶蛋白的比例获得形貌和尺寸均一的SACD/Z纳米纤维。分析SACD/Z纳米纤维的FTIR和固体~(13)C NMR图谱可知,SACD与玉米醇溶蛋白的部分氨基酸侧链存在明显的静电相互作用,促使SACD/Z纳米纤维的形成。将SACD/Z纳米纤维用于装载姜黄素,并采用XRD、差示扫描量热(DSC)技术并分析其装载能力,结果表明,SACD/Z纳米纤维对姜黄素的最大装载量约为38 mg/g。细胞毒性结果表明SACD/Z纳米纤维及Cur-SACD/Z纳米载体无细胞毒性。Cur-SACD/CS纳米载体在模拟人体微环境条件下处理后其中姜黄素的保留率达41%以上,且载体中仅有不到18%的姜黄素在模拟胃和小肠消化液中释放,进一步增强了姜黄素在消化过程中的延缓控制递送。