新型紫薯花色苷微膠囊的設計及其抗氧化機制研究.pdf

1、花色苷是廣泛存在于自然界的一類水溶性色素，具有抗氧化、抗癌、抵抗糖尿病、心血管疾病等多種生理功能。然而，其特殊的2-苯基并吡喃陽離子（C6-C3-C6）的骨架分子結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定，易受光、氧氣、pH等環(huán)境因素的影響，限制其生理功能的發(fā)揮。基于功能化壁材設計和制備微膠囊，研究花色苷的穩(wěn)定性、抗氧化活性及其機理，尋找有效的保護方法，對于花色苷穩(wěn)定性的增強和生理功能的研究具有重要意義。鑒于此，為了探求花色苷的體內(nèi)外抗氧化機理，有效抵抗環(huán)境因素的破

2、壞，提高花色苷的穩(wěn)定性，切實保護其生理功能。本論文以紫薯（Shanchuan）為研究對象，采用HPLC-MS和紫外可見光光譜分別分析花色苷各組分的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和抗氧化能力，在此基礎上基于結(jié)構(gòu)決定功能的原理，通過密度泛函的方法系統(tǒng)闡釋7種花色苷的體外抗氧化機理。為了保護花色苷的穩(wěn)定性和抗氧化功能，設計和合成三種功能化的壁材，通過1H-NMR、IR等方法確定新壁材的結(jié)構(gòu)，同時通過綜合熱分析、粘度分析、DPPH清除能力試驗、脂肪過氧化抑制能力

3、試驗、HEK293細胞毒性試驗鑒定及其物理化學性能、抗氧化能力和細胞毒性等。進而利用新壁材制備紫薯花色苷微膠囊，并比較其與未包埋花色苷、傳統(tǒng)壁材包埋的花色苷的降解動力學規(guī)律，體外釋放特性，并進一步研究微膠囊對Nrf2通路上重要抗氧化酶的調(diào)節(jié)作用，闡述微膠囊的體內(nèi)抗氧化機理。具體開展的研究工作如下：
　?。?）應用HPLC-MS并結(jié)合紫薯花色苷質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫分析紫薯（Shanchuan）花色苷的組分及結(jié)構(gòu)，紫薯（Shanchuan）中含

4、有7種花色苷，包括三種芍藥色素和四種矢車菊色素。其中芍藥色素-（3-咖啡酰-p-羥基苯甲酰-槐糖苷）-5-葡萄糖苷和矢車菊素3-（6’’-咖啡酰-6’’’-阿魏?；碧擒眨?5-葡萄糖苷為兩類主要花色苷，占HPLC總峰面積的20.1％和21.1%。這些花色苷具有高度的?；Y(jié)構(gòu)和糖基化基團。
　?。?）基于紫外-可見光光譜分析紫薯花色苷的含量分析及穩(wěn)定性研究。pH試差法結(jié)果表明紫薯花色苷含量261.9 mg/100g，遠高于草莓（35

5、 mg/100g）、紫甘藍（25 mg/100g）等的花色苷含量。穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明紫薯花色苷易受光、濕度和溶劑類型的影響。該色素在自然光照下含量明顯下降；水分含量越高，降解速度越快；乙醇濃度的增加會加快花色苷的降解。紫薯花色苷在0.0625-1mg/mL范圍內(nèi)，DPPH清除率和脂肪過氧化抑制率均隨濃度增加而上升，表現(xiàn)出較強的抗氧化能力，分別達84%和91%。
　?。?）花色苷的抗氧化能力已被實驗方法廣泛驗證，然而從微觀上闡述分子

6、與抗氧化功能的關(guān)系還鮮有報道。為了揭示分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，利用密度泛函理論的B3LYP/6-31g(d)方法闡釋7種紫薯花色苷的抗氧化機理。7種紫薯花色苷在水溶液中的鍵離能在64.6-73.9 kal/mol之間，電離勢IP在131.2-147.3kal/mol之間。通過這些參數(shù)與傳統(tǒng)抗氧化劑（苯酚、維生素C、白藜蘆醇等）的相關(guān)參數(shù)的比較，可知基于氫原子轉(zhuǎn)移機理和電子轉(zhuǎn)移機理等兩種抗氧化機理均證明紫薯花色苷具有較高的抗氧化能力。這為抗

7、氧化劑的開發(fā)提供理論參考。
　?。?）微膠囊壁材的設計是微膠囊技術(shù)的重要研究內(nèi)容，為了提高花色苷的穩(wěn)定性和保護其生理功能方面有重要作用，以三種肉桂酸衍生物（阿魏酸FA，咖啡酸 CA和香草酸 VA）與麥芽糊精（MD）為原料，采用接枝改性技術(shù)制備三種新的壁材（MD-g-FA，MD-g-CA和 MD-g-VA）。通過正交試驗優(yōu)化，F(xiàn)A-g-MD，VA-g-MD和CA-g-MD的接枝度分別為0.81,0.76和0.24，通過FT-IR和1

8、H-NMR技術(shù)對合成產(chǎn)物進行表征。利用粘度分析、綜合熱分析發(fā)現(xiàn)新壁材粘度略有增加，熱穩(wěn)定性顯著提高。DPPH清除能力試驗和脂肪過氧化抑制試驗表明新壁材的抗氧化能力顯著高于傳統(tǒng)壁材（P<0.0.5）。新壁材在0-100μg/mL范圍內(nèi)與HEK293細胞共同孵育24小時和48小時，均沒有表現(xiàn)明顯細胞毒性。研究結(jié)果表明新壁材可作為優(yōu)良的抗氧化性微膠囊壁材。本研究為微膠囊壁材設計提供了新的方法。
　?。?）將新壁材應用于紫薯花色苷微膠囊化

9、，掃描電鏡（SEM）結(jié)果顯示新壁材制備的微膠囊形貌相似，一部分具有球形外觀，另一部表面出現(xiàn)裂紋或褶皺。包埋效率在80%左右，與麥芽糊精制備的微膠囊包埋效率69.2%相比，有較大提高。微膠囊的穩(wěn)定性試驗表明紫薯花色苷微膠囊的降解符合二級動力學，在各種儲藏條件下，F(xiàn)A-g-MD制備的微膠囊對紫薯花色苷起到了最好的保護作用。此外，儲藏過程中花色苷含量、相對花色苷濃度和色素的聚合指數(shù)、褐化指數(shù)之間呈現(xiàn)較好的負相關(guān)關(guān)系。體外模擬胃腸道消化試驗表明

10、腸道的中性環(huán)境對未包埋的花色苷和麥芽糊精包埋的花色苷均具有嚴重影響，120分鐘后，殘存率僅有11%和8%。而MD-g-FA制備的花色苷微膠囊的殘存率約38%。
　?。?）采用細胞抗氧化方法（CAA）測定 MD-g-FA制備的微膠囊及其芯材和壁材抗氧化能力，并與兩種體外抗氧化能力（DPPH自由基清除能力和脂肪過氧化抑制能力）進行比較。結(jié)果表明，在0.0625-1 mg/mL的濃度范圍內(nèi)，芯材和壁材具有協(xié)同抗氧化能力。而微膠囊的抑制活