食品中多酚与二氧化钛纳米颗粒的相互作用及其对多酚生物利用度和生物活性的影响

With the rapid development of the food industry, polyphenols and titanium dioxide (TiO2) coexist more and more frequently in the food system. TiO2 nanoparticles as food additives can interact with polyphenols via charge transfer interaction. However, the key structures of polyphenols and the key properties of TiO2 that determine this interaction as well as the cause and effects of this interaction on the bioavailability and bioactivities of polyphenols are not yet clear. Therefore, this project will study the interaction site and strength between polyphenols with different structures and TiO2 nanoparticles with different characteristics by FTIR, Raman spectroscopies and molecular simulation techniques in order to analyze the key polyphenols structures and TiO2 properties that determine the charge transfer interaction. This part of research can provide the theoretical basis for further research on the interaction between polyphenols and TiO2 in foods. The effect of this interaction on the bioavailability of polyphenols will be explored by establishing an in vitro digestive model. The in vitro chemical and cellular models will be used to determine the effects of this interaction on the antioxidant activity and inhibitory activities of polyphenols against key enzymes relevant for type 2 diabetes. The cause of effects of this interaction on the bioavailability and bioactivity of polyphenols will be analyzed based on the results of the interactions between polyphenols and TiO2. These studies will provide a scientific basis for the functional changes of polyphenols in complex food systems as well as provide people with proper guidance on nutritious meal.

随着食品工业的快速发展，多酚和二氧化钛在食品体系中的共存日益频繁。研究表明多酚可与食品添加剂二氧化钛纳米颗粒发生电荷转移相互作用，但决定该相互作用的关键多酚结构和二氧化钛特性及该相互作用对多酚生物利用度和生物活性的影响及原因尚不明确。因此，本项目拟选不同结构的多酚和不同特性的二氧化钛纳米颗粒，采用红外、拉曼和分子模拟等技术研究多酚与二氧化钛的作用位点、强度等信息，揭示决定多酚和二氧化钛电荷转移相互作用的关键多酚结构和二氧化钛特性，为食品中多酚和二氧化钛相互作用的深入研究提供理论基础。建立胃肠道消化模型，探究该相互作用对多酚生物利用度的影响，采用体外化学和细胞模型等手段测定该相互作用对多酚抗氧化活性及对2-型糖尿病关键酶的抑制活性的影响，结合多酚和二氧化钛相互作用的研究结果分析该相互作用对多酚生物利用度和生物活性影响的原因，为研究复杂食品体系中多酚的功能变化、指导人们合理膳食提供科学依据。

随着食品工业的快速发展，多酚和二氧化钛在食品体系中的共存日益频繁。研究发现多酚可与食品添加剂二氧化钛纳米颗粒（TiO2 NPs）发生电荷转移相互作用，但决定该相互作用的关键多酚结构和该相互作用对多酚生物利用度和功能活性的影响及原因尚不明晰。本项目首先以食品中常见的5种不同结构多酚和TiO2 NPs为研究对象，采用红外光谱、紫外光谱、分子模拟和高效液相色谱技术研究二者之间的相互作用及强度，结果发现多酚化合物通过酚羟基与TiO2 NPs表面钛原子发生结合形成电荷转移复合物。此外，具有邻位三羟基的多酚比具有邻位二羟基的多酚具有更强的结合能力。该复合物易发生聚结，形成沉淀，多酚的结合能力越强，形成的复合物沉淀越多；采用体外化学抗氧化模型研究发现，多酚和TiO2 NPs间的相互作用会显著降低多酚的抗氧化活性，这可能是由于多酚结构上的活性酚羟基被TiO2 NPs表面钛原子占用，从而降低了多酚的抗氧化活性；采用体外模拟胃肠消化模型测定该相互作用对多酚生物利用度的影响，结果显示多酚和TiO2 NPs间的相互作用会显著降低多酚的生物可利用度和生物利用度，这可能是由于多酚和TiO2 NPs结合后，复合物聚结形成大的颗粒，这些颗粒无法透过用于模拟小肠上皮细胞的透析袋，从而降低了多酚的吸收利用。此外，我们进一步研究了在复杂食品体系中TiO2 NPs对多酚抗氧化活性和生物利用度的影响，结果发现TiO2 NPs在复杂食品体系（茶多酚提取物，苹果汁）中仍然可与多酚发生电荷转移相互作用形成复合物从而影响多酚的抗氧化活性和生物利用度。本课题对探究复杂食品体系中无机纳米颗粒与食品组分的相互作用、食品组分功能性质的变化，指导人们合理膳食具有重要的意义。