新型紫薯花色苷微膠囊的設(shè)計(jì)及其抗氧化機(jī)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(yáng)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(shè)計(jì)和制備微膠囊，研究花色苷的穩(wěn)定性、抗氧化活性及其機(jī)理，尋找有效的保護(hù)方法，對(duì)于花色苷穩(wěn)定性的增強(qiáng)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(jī)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(shí)保護(hù)其生理功能。本論文以紫薯（Shanchuan）為研究對(duì)象，采用HPLC-MS和紫外可見(jiàn)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(chǔ)上基于結(jié)構(gòu)決定功能的原理，通過(guò)密度泛函的方法系統(tǒng)闡釋7種花色苷的體外抗氧化機(jī)理。為了保護(hù)花色苷的穩(wěn)定性和抗氧化功能，設(shè)計(jì)和合成三種功能化的壁材，通過(guò)1H-NMR、IR等方法確定新壁材的結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過(guò)綜合熱分析、粘度分析、DPPH清除能力試驗(yàn)、脂肪過(guò)氧化抑制能力

3、試驗(yàn)、HEK293細(xì)胞毒性試驗(yàn)鑒定及其物理化學(xué)性能、抗氧化能力和細(xì)胞毒性等。進(jìn)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(dòng)力學(xué)規(guī)律，體外釋放特性，并進(jìn)一步研究微膠囊對(duì)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(jī)理。具體開(kāi)展的研究工作如下：
　　（1）應(yīng)用HPLC-MS并結(jié)合紫薯花色苷質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)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’’’-阿魏酰槐糖苷）-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酰化結(jié)構(gòu)和糖基化基團(tuán)。
　?。?）基于紫外-可見(jiàn)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(yuǎn)高于草莓（35

5、 mg/100g）、紫甘藍(lán)（25 mg/100g）等的花色苷含量。穩(wěn)定性試驗(yàn)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(huì)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(guò)氧化抑制率均隨濃度增加而上升，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗氧化能力，分別達(dá)84%和91%。
　　（3）花色苷的抗氧化能力已被實(shí)驗(yàn)方法廣泛驗(yàn)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(bào)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(jī)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(shì)IP在131.2-147.3kal/mol之間。通過(guò)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(jī)理和電子轉(zhuǎn)移機(jī)理等兩種抗氧化機(jī)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(kāi)發(fā)提供理論參考。
　?。?）微膠囊壁材的設(shè)計(jì)是微膠囊技術(shù)的重要研究?jī)?nèi)容，為了提高花色苷的穩(wěn)定性和保護(hù)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(guò)正交試驗(yàn)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(guò)FT-IR和1

8、H-NMR技術(shù)對(duì)合成產(chǎn)物進(jìn)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(yàn)和脂肪過(guò)氧化抑制試驗(yàn)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(xì)胞共同孵育24小時(shí)和48小時(shí)，均沒(méi)有表現(xiàn)明顯細(xì)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(shè)計(jì)提供了新的方法。
　?。?）將新壁材應(yīng)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(yàn)表明紫薯花色苷微膠囊的降解符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)，在各種儲(chǔ)藏條件下，F(xiàn)A-g-MD制備的微膠囊對(duì)紫薯花色苷起到了最好的保護(hù)作用。此外，儲(chǔ)藏過(guò)程中花色苷含量、相對(duì)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(fù)相關(guān)關(guān)系。體外模擬胃腸道消化試驗(yàn)表明

10、腸道的中性環(huán)境對(duì)未包埋的花色苷和麥芽糊精包埋的花色苷均具有嚴(yán)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(xì)胞抗氧化方法（CAA）測(cè)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(guò)氧化抑制能力）進(jìn)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