OS-燕麦β-葡聚糖酯自聚集体的构建及应用

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经过疏水改性的亲水性多糖在水溶液中能自发组装形成具有独立结构的胶束样颗粒。在水相体系中,自组装两亲性多糖中多糖的疏水基团通过疏水相互作用积聚而形成数量众多的疏水微区,而亲水的多糖链则依靠氢键等作用力与水分子相互作用构成颗粒的外壳结构。研究发现,这些疏水微区是亲脂性小分子的良好载体。此类疏水多糖载体在显著提高亲脂性小分子的分散性的同时,又可以在人体胃肠道中对其提供有效的保护,最终达到靶向输送的目的。但少有关于疏水化β-葡聚糖及其荷载亲脂性小分子的研究报道。因此,本研究以OS-燕麦β-葡聚糖酯(OS-燕麦β-葡聚糖酯)自聚集体的构建为基础,重点研究其与亲脂性小分子的相互作用,进一步就荷载有亲脂性小分子OS-燕麦β-葡聚糖酯自聚集体的稳定性,靶向释放特性及生物可利用率等方面展开研究。(1)通过燕麦β-葡聚糖与辛烯基琥珀酸酐之间发生酯化反应获得了OS-燕麦β-葡聚糖酯。通过单因素实验研究了反应时间、反应温度、辛烯基琥珀酸酐添加量、燕麦β-葡聚糖的浓度对OS-燕麦β-葡聚糖酯取代度的影响规律。在单因素试验基础上,选择反应时间、反应温度、燕麦β-葡聚糖的浓度为自变量,以取代度为响应值,根据Box-Behnken design原理设计试验,并进行显著性和交互作用分析。确定了最高取代度的制备条件:反应时间为4.66h,反应温度为45.6℃,燕麦β-葡聚糖浓度为2.18mg/mL。红外图谱在1727 cm-1和1574 cm-1处,而核磁共振图谱在0.84、1.21和1.98 ppm附近均出现了OS-燕麦β-葡聚糖酯的特征峰;差示扫描量热发现OS-燕麦β-葡聚糖酯热焓值的低于原燕麦β-葡聚糖;热失重分析表明OS-燕麦β-葡聚糖酯的热稳定性要高于原燕麦β-葡聚糖。(2)动态光散射和透射电镜发现,不同取代度和重均分子质量的OS-燕麦β-葡聚糖酯能够自聚集成粒径为175 nm到600 nm的球形胶束,且表面带负电荷。荧光光谱研究发现,不同取代度和重均分子质量的OS-燕麦β-葡聚糖酯的临界胶束浓度(Critical micelle concentration,CMC)为0.206 mg/mL到0.039 mg/mL。随着取代度升高,OS-燕麦β-葡聚糖酯的疏水性也得到提高,CMC也随之降低。同时,大分子的空间位阻也被削弱,这有利于OS-燕麦β-葡聚糖酯分子间疏水基团的接触,所以CMC随着重均分子质量的降低而降低。除OS-燕麦β-葡聚糖酯的结构因素(重均分子质量和取代度)对其自聚集有显著影响外,还发现外部因素(pH、温度、离子强度和OS-燕麦β-葡聚糖酯的浓度)对其自聚集行为也会产生显著影响。(3)以姜黄素为模型荷载物质,考察了OS-燕麦β-葡聚糖酯的结构和外部因素对其荷载效果的影响。研究发现,姜黄素主要依靠疏水相互作用荷载到OS-燕麦β-葡聚糖酯纳米颗粒之中。随着OS-燕麦β-葡聚糖酯取代度的增加,其姜黄素荷载力先升高后降低;随着OS-燕麦β-葡聚糖酯重均分子质量的增加,其姜黄素荷载力也逐渐升高。最终,获得最优OS-燕麦β-葡聚糖酯对姜黄素荷载力(4.21±0.16 μg/mg)的最优化学结构为:取代度为0.0199和重均分子质量为1.68×105 g/mol。同时,发现外部环境的改变也会引起OS-燕麦β-葡聚糖酯自聚集体对姜黄素荷载效果的改变。首先,提高体系搅拌输入功率能够提高OS-燕麦β-葡聚糖酯自聚集体对姜黄素的荷载力;其次,OS-燕麦β-葡聚糖酯与姜黄素之间的作用对OS-燕麦β-葡聚糖酯的浓度、环境pH和温度也存在依数性。在进一步的优化试验下,得到环境的最优参数:搅拌输入功率为4.4 W,温度为35.7℃,pH为5.9,OS-燕麦β-葡聚糖酯的浓度为2.57 mg/mL,搅拌时间为96h。最终姜黄素在OS-燕麦β-葡聚糖酯溶液中的浓度可达到21.16 μg/mLo(4)红外图谱显示,当姜黄素荷载到OS-燕麦β-葡聚糖酯颗粒之后,在OS-燕麦β-葡聚糖酯指纹区某些特征峰出现了消失和移动现象证明姜黄素荷载到了OS-燕麦β-葡聚糖酯颗粒中。通过X衍射和差示扫描量热发现,姜黄素以无定形态荷载到OS-燕麦β-葡聚糖酯颗粒中。通过动态光散射、透射电镜和原子力显微镜对比发现,姜黄素荷载到OS-燕麦β-葡聚糖酯颗粒之后,由于疏水相互作用使得颗粒粒径和多酚PDI降低,且颗粒表面变得不规则。(5)不同结构的多酚与OS-燕麦β-葡聚糖酯自聚集体之间相互作用受到多酚结构影响显著。不仅仅表现为不同主体结构间的差异显著,而且在同一主体结构中不同羟基数量、糖苷化、甲基或甲氧基化都会影响到最终OS-燕麦β-葡聚糖酯自聚集体对多酚的荷载力。不同类黄酮异构体与OS-燕麦β-葡聚糖酯自聚集体的作用强弱顺序为:黄酮醇>黄酮>异黄酮>黄烷酮。糖苷化后黄酮的荷载力均显著提高。黄芪苷、杨梅苷、芦丁、大豆苷、染料木苷和柚皮苷与它们的配基相比,OS-燕麦β-葡聚糖酯自聚集体对它们荷载率分别提高了5391.3%、4744.7%、288%、385.2%、140.3%和276.4%。OS-燕麦β-葡聚糖酯自聚集体对香豆酸的荷载力高低顺序为:邻位香豆酸>间位香豆酸>对位香豆酸。EC和EGC经过没食子酰化后分别为ECG和EGCG,OS-燕麦β-葡聚糖酯自聚集体对它们的荷载力则显著降低。(6)考察了荷载姜黄素OS-燕麦β-葡聚糖酯在体外模拟胃肠条件下的稳定性、释放规律及在大鼠体内的生物利用率;同时,考察了荷载姜黄素OS-燕麦β-葡聚糖酯在食品加工及储藏条件下的稳定性及其在果汁中的应用。研究发现,与对照组相比(等量的姜黄素溶于5%DMSO),OS-燕麦β-葡聚糖酯能有效保护姜黄素抵抗小肠高pH的环境作用。与荷载姜黄素的OS-燕麦β-葡聚糖酯在胃和小肠中的释放速率相比,其在结肠中的快速释放说明荷载姜黄素OS-燕麦β-葡聚糖酯有一定的肠道靶向释放特性。同时,经大鼠灌胃后测定其血清中姜黄素含量,对比后可知,荷载姜黄素OS-燕麦β-葡聚糖酯通过有效的保护及肠黏膜粘附作用,提高姜黄素在体内的生物利用率。(7)与对照组相比,OS-燕麦β-葡聚糖酯自聚集体在食品加工及储藏条件下(光照、紫外照射、加热)下仍能有效保护姜黄素。姜黄素在木瓜汁和菠萝汁中的活化能较高(41.57 kJ/mol和35.11 kJ/mol),而其在哈密瓜汁中的活化能最低,为34.9kJ/mol。室温下(25℃)姜黄素的保留率低于冷藏温度(4℃)。荷载姜黄素OS-燕麦β-葡聚糖酯储藏在4℃时,符合零级动力学方程;储藏在25℃时,则符合一级动力学方程。姜黄素在25℃时的半衰期(t1/2)均低于4℃。
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