纳米结构脂质载体中姜黄素肠道释放的基质与界面调控机理

Curcumin is a natural hydrophobic polyphenol compound with preventive and therapeutic effects for chronic inflammation and tumor. It is usually encapsulated in delivery systems such as emulsion for the improvement of water-solubility and oral bioavailability. Nevertheless, emulsions suffer a rapid intestinal digestion leading to the burst release of curcumin, which therefore restricts its bioactivity appreciably. Constructing highly-ordered nanostructured lipid carriers (NLC) through the introduction of solid lipid in matrix is an effective way to control curcumin release. Nevertheless, the related mechanism and regulation approach remain unclear yet. The imperfect or multiple matrix structure formed by the disturbance of solid lipid crystals by liquid lipid and the interface structure formed by biomacromolecules assembly determine the release process of curcumin in intestinal tract. Therefore, this project will focus on the critical characteristics of the matrix and interface structure of NLC, as well as their regulation approaches. The relationship of these critical characteristics with NLC digestion will be clarified and the regulation mechanism of matrix and interface structure on curcumin release will be therefore elucidated. Furthermore, matrix/interface combinations will be selected and evaluated for their synergetic effect on the sustainable release of curcumin. This project will not only enrich the approaches controlling the release of curcumin in intestinal tract, but also extend the application of NLC in the delivery of food-derived bioactive molecules.

姜黄素是一种具有慢性炎症和肿瘤防治活性的天然疏水多酚，主要包封于乳液等递送体系中以提高其水溶性和口服生物利用度。然而，乳液在肠道中会快速消化引发姜黄素“突释”，从而极大地限制了其活性功能的持续发挥。通过引入固态脂构建结构更加有序的纳米结构脂质载体（NLC），是实现姜黄素释放控制的有效措施，但相关机理与调控途径尚不明确。NLC中液态脂扰乱固态脂结晶形成的缺陷型或复合型基质结构以及生物大分子组装形成的界面层次结构决定了姜黄素的肠道释放过程。因此，本项目将重点研究NLC-姜黄素运载体系基质和界面的关键结构特征以及调控规律，阐明其与NLC肠道消化的关系，从而揭示基质与界面结构控制姜黄素释放的机理。在此基础上，进一步筛选基质/界面组合，探讨其对姜黄素肠道缓释性的协同增效机制。本项目的研究对丰富姜黄素肠道控释手段、拓展NLC在食源活性分子递送方面的应用具有重要意义。

低化学稳定性和生物利用度严重限制了姜黄素 (Cur) 在食品工业中的应用。针对这一问题，本研究制备了纳米结构脂质载体 (nanostructured lipid carriers, NLCs) 用于Cur的稳态化递送，并通过调控NLCs界面和基质结构提升包封Cur的肠道缓释和生物利用度，并揭示相关机理，具体内容如下：.1) 通过以下方式驱动NLCs壁材界面组装：1) 加热卵白蛋白 (OVA) 形成蛋白聚集体，利用静电相互作用在其表面附着一层ALG多糖外壳 (组装体1)；2）形成OVA-ALG静电复合物，再加热形成复合结构 (组装体2)。结果表明，组装体包封显著增强了Cur的稳定性和肠道缓释性。组装体2的结构更加致密，消化抗性更强，其包封Cur的生物利用度更高。.2) 构建蛋白乳化的单层NLCs (S-NLCs)，蛋白-牛蒡多糖层层包封形成的双层NLCs (D-NLCs)，以及两种大分子预先组装形成的混合层NLCs (C-NLCs)。界面流变学研究表明，C-NLCs的界面层的致密度与弹性比S-NLCs和D-NLCs更强，这与C-NLCs界面层中生物大分子之间的相互作用方式更强有关。C-NLCs界面层可以更加有效延缓脂质基质晶型演变和Cur外排。整体而言，基质中含有20%和50%液态脂的D-NLCs和C-NLCs中Cur生物利用度最高。.3) 通过高强度超声促进OVA-牛蒡多糖的共价枝接，并作为乳化剂制备NLCs。结果表明，400 W/cm2处理强度下，NLCs的晶型稳定性和包封Cur稳定性最高。表明在该条件下，NLCs的界面组装更加致密、油脂分子的运动受到极大限制。另外，超声加工可以有效提升NLCs中Cur的化学稳定性和肠道缓释性，动力学分析表明侵蚀作用主导Cur释放。.4) 通过仿真消化-Caco-2串联模型研究NLCs中Cur的生物利用度。结果表明，基质中GTS含量越高，NLCs消化越慢；MCT含量增会加速NLCs消化和Cur释放。然而MCT消化产生的短链辛酸和癸酸对胆酸盐胶束的增溶能力有限，会降低Cur生物可给率。总体来说，含有20％ MCT的NLCs中Cur生物利用度最高，其次是含有10、0、40、60和100％ MCT的NLCs。.本项目的研究结果对全天然高分子稳定NLCs的制备与结构设计、推动纳米Cur在功能食品中的应用具有重要意义。.