基于多频超声辅助透析驱动玉米醇溶蛋白复合纳米颗粒的制备、表征及应用

来源 :江苏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kelly2003
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玉米醇溶蛋白(Zein)是一种天然的植物蛋白,因其两亲性可以通过自组装形成纳米颗粒进而负载疏水性生物活性化合物,通常制备Zein纳米颗粒需要乙醇作为溶剂,但是乙醇易燃易爆,并且不能应用在无酒精食品中。另外,纳米颗粒的尺寸控制困难,且在储藏期间容易发生聚集。超声辅助透析使用聚能式超声,存在超声能量较为集中、处理样品不均匀等不足。基于Zein纳米颗粒的递送载体能够提高姜黄素(Cur)的生物利用度和稳定性,但是Zein纳米颗粒的加载特性需要进一步改善。基于此研究现状,可使用食品添加剂1,2-丙二醇来替代乙醇,克服乙醇在无酒精食品中的应用限制;并且使用超声能量分布更均匀的多频超声制备颗粒特性较好的纳米颗粒,使用盐溶液来增强纳米颗粒的负载能力,并需要进一步探究经体外模拟消化后,盐溶液诱导Zein纳米颗粒的消化特性和Cur释放特性。本研究采用多频超声辅助透析的方法制备Zein纳米颗粒,其中使用1,2-丙二醇为溶剂,多频超声是不同组合频率(20、28、40 k Hz,300 W,采用同时工作模式,研究时固定总功率为300W,如单频300W、双频各150W、三频各100W)的发散式超声。首先使用多频超声辅助透析制备Zein、玉米醇溶蛋白-酪蛋白酸钠(Z-N)复合纳米颗粒,并负载Cur,研究超声辅助透析对Zein和Z-N复合纳米颗粒的颗粒特性、结构特征、作用机制,以及对负载物Cur的DPPH自由基清除率和理化性质的影响。其次研究透析液中的盐溶液(不同浓度的Na+、Ca2+)对玉米醇溶蛋白-酪蛋白酸钠-姜黄素(Z-N-C)、玉米醇溶蛋白-阿拉伯树胶-姜黄素(Z-G-C)复合纳米颗粒的调控,最后进行体外模拟胃肠消化,探究盐溶液诱导制备的Z-G-C复合纳米颗粒的消化特性和结构变化,以及Cur在递送系统中的释放特性。主要研究结果如下:(1)多频超声辅助透析制备Zein纳米颗粒的最优频率为双频20/40 k Hz,此时Zein纳米颗粒粒径由327.2±10.6 nm降至228.2±11.3 nm,4℃储藏30 d后粒径为257.4±11.1 nm,表现出良好的储藏稳定性。最优超声频率20/40 k Hz处理后,Z-N复合纳米颗粒粒径从256.6±2.8 nm降至226±3.9 nm,4℃储藏30 d后的粒径为234.6±2.2 nm,结果表明超声处理后的Z-N纳米颗粒具有更好的储藏稳定性。荧光光谱、圆二色谱(CD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果表明超声改变了Zein的二级结构,并且超声与酪蛋白酸钠(Na Cas)具有协同效应,通过氢键、静电和疏水相互作用提高Z-N纳米颗粒的储藏稳定性。原子力显微镜(AFM)结果表明1,2-丙二醇可以替代乙醇作为溶剂来制备纳米颗粒,纳米颗粒粒径显著下降,尺寸分布均匀,具有光滑的表面和规则的球形结构。双频超声20/40 k Hz处理后Z-N-C在Z-N-C-5:1时粒径为224.4±3.3 nm,4℃储藏30 d后的粒径为240±5.2 nm,包封率为90.2±0.3%,DPPH自由基清除率为79±4.3%,表现出较好的颗粒特性。X-射线衍射(XRD)结果表明Cur被成功包封在纳米颗粒内部。FTIR结果表明Cur被包封到Z-N复合纳米颗粒内部时的驱动力是氢键、静电和疏水相互作用。扫描电镜(SEM)结果说明超声处理后的Z-N-C微观形貌呈现均匀分布的球形结构的纳米颗粒。以上结果表明超声辅助透析是包封Cur的有效手段。(2)基于第二章的最优超声双频20/40 k Hz,Zein与Cur的质量比为5:1,研究透析液中Na+和Ca2+对纳米颗粒的影响,结果表明随着Na+浓度升高,Z-N-C和Z-G-C整体的粒径呈现出先减小后增加的趋势,Ca2+浓度则对Z-N-C和Z-G-C的粒径没有影响,并且具有良好的储藏稳定性;Na+处理的Z-N-C复合纳米颗粒的包封率从72.3±6.2%显著下降至59.8±8.6%,而Z-G-C复合纳米颗粒的包封率呈现出先增加后降低的趋势;Ca2+处理的Z-N-C复合纳米颗粒,包封率高于Na+诱导的纳米颗粒,Ca2+对Z-G-C复合纳米颗粒的包封率没有影响。荧光光谱、CD、FTIR与XRD的结果表明,Na+与Ca2+的存在改变了Z-N-C和Z-G-C的二级结构,并且通过氢键与静电相互作用调控纳米颗粒的颗粒特性与稳定性,Na+与Ca2+的存在提高了Z-G-C复合纳米颗粒的热稳定性,降低了Z-N-C复合纳米颗粒的热稳定性,包封Cur后Z-N-C和Z-G-C复合纳米颗粒的结晶度降至45.9%-63.9%,无定形区域增多。SEM结果表明Ca2+不会导致复合纳米颗粒的聚集,但是高浓度的Na+通过静电屏蔽,减弱了颗粒间的静电排斥从而引起颗粒之间严重团聚。以上结果表明盐溶液中的Ca2+能够提高纳米颗粒包封率和热稳定性,改善Zein纳米颗粒的加载特性,Na+与Ca2+诱导的Z-G-C复合纳米颗粒有较好的热稳定性与储藏稳定性。(3)基于第三章的双频20/40 k Hz超声辅助盐溶液透析制备的Z-G-C复合纳米颗粒进行体外模拟胃肠消化。研究结果表明Na+诱导的Z-G-C纳米颗粒的粒径随着消化时间的增加表现出先增加后减小的趋势,并且在体外模拟胃肠消化过程中,Cur进行低浓度的释放。Ca2+诱导的Z-G-C复合物纳米颗粒在胃相中粒径保持稳定或略微减小,而在小肠消化阶段后粒径增加,高浓度Ca2+诱导的纳米颗粒表现出较好的缓释特性。在胃消化阶段,Na+诱导的Z-G-C复合纳米颗粒DPPH自由基清除率升高,Ca2+诱导的Z-G-C复合纳米颗粒DPPH自由基清除率降低,在肠消化阶段则相反,ABTS自由基清除率与DPPH自由基清除率呈现相同的变化趋势,Z-G-C复合纳米颗粒DPPH清除自由基的能力高于ABTS自由基清除率。SEM结果表明Z-G-C复合纳米颗粒经体外模拟胃肠消化后微球分解成网状结构,高浓度Na+诱导的纳米颗粒经消化后颗粒之间的粘连被分隔开,形成整块的片状结构,高浓度Ca2+诱导的纳米颗粒经消化后则形成了不规则的较大块状结构。以上结果表明Ca2+调控的Z-G-C复合纳米颗粒表现出良好的缓释特性。
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