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背景内容

槲皮素是一种具有多种生物活性的抗氧化剂,但其水溶性差和生物利用度低限制了在食品中的应用。脂质体通常由两亲性脂质形成,它们可以同时将亲水分子封装在核心中,并将亲脂物质纳入双层膜,因此将槲皮素通过脂质体进行包埋,但在外环境和胃肠道条件下的存在易聚集性和易损坏的特性。本实验将槲皮素脂质体结合到水凝胶中可提高脂质体生物降解性和实现多级释放能力,这种体系不仅保留了所结合脂质体的结构完整性和功能性,而且还结合了两种不同运载体系的优异特性。本实验研究了负载脂质体的水凝胶的形成机理,通过模拟口腔咀嚼及人工胃消化系统(AGDS)研究不同质地的水凝胶对功能物质的保护作用。

研究方法

本实验首先制备槲皮素脂质体,然后将脂质体添加到水凝胶中,研究不同质地水凝胶(硬脂凝胶、软脂凝胶)对功能成分的保护作用。凝胶质地主要和明胶与壳聚糖配比有关,硬脂凝胶中明胶和壳聚糖以41比例,软脂凝胶中明胶和壳聚糖以11比例混合。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和差示扫描量热仪(DSC)等手段对脂质的形成机理进行估计。此外,还研究了体外口服-人工胃消化系统(AGDS-肠道消化行为,包括分解特性、粒径分布、脂质体和槲皮素释放动力学以及共聚焦微观结构特性。

结果与分析

软脂凝胶在粗糙的表面上有更多的皱纹和较松散的结构(图1a),而硬脂凝胶表现出更光滑和更紧密的形态(图1b)。掺入硬质水凝胶中的槲皮素负载脂质体比软水凝胶中的槲皮素脂质体具有更平滑,分布更均匀的形态,分析原因是因为明胶和壳聚糖(41)的硬质水凝胶的较高比例有助于明胶和壳聚糖之间更紧密的相互作用,从而显示出水凝胶的外观更光滑。

具有不同放大倍率的软脂和硬脂质片的扫描电镜图像。(a) 软脂凝胶;(b) 硬脂凝胶

2a显示了脂质体,水凝胶(不含脂质体)和脂质体凝胶的FTIR光谱。对称和反对称的亚甲基CH2位置的拉伸振动(2854 2926 cm−1)在脂质体中磷脂几乎没有变化,但嵌入水凝胶后强度变弱,表明一些CH2在脂质体中与水凝胶相互作用。此外,脂质体磷脂的羰基CO拉伸振动信号在1740 cm−1处在脂质体凝胶中消失,表明氢键的增强或可能在脂质凝胶中形成新的氢键。峰值在30500px−1处和在 1090 cm−1处的基团对氢键敏感,与脂质体相比,脂凝胶中这两个特征峰的强度较弱,进一步表明脂质体和水凝胶之间存在氢键相互作用。图bDSC的结果所示,脂质体、水凝胶和脂凝胶的吸热峰分别为133.1°C117.7 °C126.9 °C。脂质体本身由磷脂组成,凝胶的形成为蛋白和多糖通过mTG酶交联,若为物理交联的胶,其本身没有重新产生化学键而是通过静电吸附形成;而脂质体水凝胶应出现两个吸热峰,各自对应着磷脂和蛋白与多糖交联的部分;但从图中可以看到,脂质体水凝胶只出现一个大吸热峰,说明两者己经产生了一定程度的化学交联,生成了氢键。脂质体水凝胶250℃后出现了两个小峰,而脂质体中也均含有这两个峰,但空白水凝胶却没有此现象,这也证实了水凝胶确实包埋了脂质体。

脂质体、水凝胶(不含脂质体)和脂质体(含脂质体)FTIR(a)DSC(b)

如图3所示,模拟口腔中表明硬脂质凝胶的结构经过机械咀嚼处理后更容易降解。模拟胃消化中,软脂质体凝胶在低pH值和胃蛋白酶的存在下迅速降解成相当小的颗粒,在胃消化5min后软脂质几乎看不到固体颗粒。经过120min的水解,几乎不能从各种网格中的软脂凝胶中收集任何食糜,表明胃蛋白酶对明胶的水解相对完整,明胶和壳聚糖之间的网络降解。相反,硬脂凝胶比软脂凝胶具有更强的保护能力。

口腔和AGDS530120min)消化软脂质和硬脂质的照片。使用32. 11.450.90.60.25mm目筛筛后得到样品,然后冷冻干燥

如图4a所示,口腔消化后,从两个脂凝胶的槲皮素脂质体释放水平较低,尽管凝胶在此阶段被机械分解成不同的片段。胃肠道消化中,脂质体从硬脂质体消化比软脂质体凝胶释放更慢,肠液中性的pH值和酶促环境进一步促使脂质体释放逐渐上升,硬脂质体分别增至93.4±4.7%,软脂质增至94.7±3.2%。因此,硬脂凝胶中脂质体槲皮素的释放最初比胃液中的软脂质体释放慢,但它们最终在肠道消化结束时释放约95%。图4b所示,槲皮素释放:脂质体>软脂凝胶>硬脂凝胶,槲皮素脂质体凝胶比槲皮素脂质体在抵抗胃消化过程中能够起到很好的保护作用。结果表明AGDS中软脂凝胶和硬脂凝胶不同释放速率的事实表明,质地是胃期的关键因素。

4  (a) 在体外口服 - AGDS - 小肠隔室消化过程中从脂凝胶中释放脂质体,(b) 体外口服 - AGDS -小肠隔室消化期间从脂凝胶和脂质体释放槲皮素

5所示,CLSM图显示了含有槲皮素负载脂质体的脂质体的空消化物的微观结构图像。软脂质和硬脂质颗粒在整个体外口服消化过程中保持完整,并且大多数脂质体仍然嵌入凝胶中,因为没有从绿色蛋白质中释放出明显的染色磷脂。随着AGDS消化时间的延长,明胶(绿色区域)开始逐渐减少,在胃消化120min后甚至几乎看不到。这可能是因为来自明胶的水解产物肽太小而无法检测到。同时,更多的脂质体(红色颗粒)逐渐暴露,表明蛋白酶对蛋白质的水解和水凝胶结构的崩解,伴随着嵌入脂质体的爆发释放。在小肠室消化5min后,脂质体显着减少。脂质体的结构双层在暴露于胰酶后急剧分解,这些脂肪太小而无法检测到。在肠道消化120min后,两个脂质体颗粒都很少,这进一步支持了先前的结果。

体外口服 - AGDS - 小肠隔室消化期间脂质的共聚焦图像。绿色代表明胶,红色代表脂质体磷脂

结论

综上所述,基于FTIRDSC官能团的变化,通过氢键将槲皮素脂质体嵌入明胶-壳聚糖水凝胶中,通过NamTG酶反应生成明胶和壳聚糖之间的离子和共价键,成功制备了脂凝胶。体外口服消化过程表明,硬脂凝胶比软脂凝胶更严重地物理分解,而两种脂凝胶都释放出低水平的脂质体和捕获的槲皮素。脂凝胶结构在胃和小肠消化过程中脂质体颗粒的分解中起关键作用。在我们开发的人工胃消化系统(AGDS)中消化后,软脂质体降解得更快,并释放出更多的脂质体和槲皮素。它表明,由于水凝胶的质地特性不同,功能成分可以选择在胃中长时间释放。然而,两种脂凝胶都表现出比裸露的脂质体更好的胃消化释放槲皮素的保护作用。此外,肠道消化进一步触发了水凝胶片段释放脂质体,破坏了脂质体结构,胆汁盐和胰酶的存在导致槲皮素的释放比例相似,软硬脂质的微观结构变化也相似。



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供稿人

田艳杰




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槲皮素脂质体水凝胶的制备、形成机理及体外动态消化行为

发表日期:

2022-05-27

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