氧化淀粉水凝胶载体控释脂溶性营养素的构效关系研究

Functional carriers play an important role for protecting sensitive bioactive ingredients in food. Our previous study shows that the oxidized starch microgel is a good candidate for controlled uptake and release, the relationship between their structure and properties is not yet investigated. In this project, we will prepare oxidized starch microgels with various charge density, cross-link density and size.The microgel will have tunable properties which provide them with controlled function. Beta-carotenoid and fish oil are chosen as unstable bioactive ingredients. We will investigate how their structure influences its absorption amount, absorption kinetics and affinity. To understand the mechanism of structure-controlled release, a mathematic model for release kinetics will be established. The stability of starch microgel for encapsulation of beta-carotenoid and fish oil will be investigated according to colloid stability and anti-oxidation activity. The interaction between hydro-carrier and lipo-ingredients will be useful for encapsulation of other lipo-soluble ingredients. It will help us produce well-defined carriers with targeting function. Besides, it expands the application of the sensitive lipo-soluble ingredients in food. It will lay a solid knowledge foundation for designing the novel functional carrier in food.

氧化淀粉水凝胶可作为一种稳定食品成分的新型功能载体。前期研究发现氧化淀粉水凝胶具有较好的包埋、控释效果，但其结构与功能作用关系尚不清楚。本项目拟采用可控合成方法制备一系列氧化度（负电量）、交联度、粒径等不同的氧化淀粉水凝胶载体，以敏感型脂溶性成分β-胡萝卜素和鱼油作为包埋对象，研究氧化淀粉水凝胶控释脂溶性营养素的构效关系。通过测定其结构对于吸附量、动力学及吸附强度的影响，建立释放动力学数学模型，揭示水凝胶小肠靶向缓释营养素的规律，进一步阐明水凝胶增强贮藏稳定性、抗氧化作用机理，优化出保护β-胡萝卜素和鱼油的最佳方案。本项目的实施将为生产性质可控、性能优异的淀粉水凝胶载体，以及靶向缓释脂溶性成分的应用提供理论依据。同时利用水凝胶载体扩展敏感脂溶性成分在食品中的应用范围，对设计和开发新一代功能食品的先进载体奠定理论基础。

脂溶性功能因子因为存在分散性差、稳定性差以及生物利用率低的问题限制了其在食品工业中的应用。多糖因具有良好的乳化性、凝胶性、增稠性和稳定性而在功能因子稳态化领域具有特别重要的地位。但目前食品多糖仍然存在种类少、成本高、性质不理想等缺陷，因此我们围绕多糖的氧化改性及载体构建、氧化多糖载体构效关系研究、载体与活性因子之间的相互作用机制等这些关键科学问题展开研究，发展了一系列多尺度、多功能、多结构的氧化多糖载体，以提高功能因子分散性、稳定性和生物利用率, 对于运用氧化多糖载体解决功能因子稳态化问题提供了科学依据。本项目采用实验室原创的多糖定量氧化技术对淀粉和魔芋多糖进行氧化，制备了一系列氧化度精确可控的氧化多糖，并采用化学和物理交联的方式利用反相乳液法制备了一系列不同结构的氧化多糖微凝胶。对其构效关系进行了研究。建立了微凝胶结构和性质（电荷量、粒径分布、吸水膨胀率等）之间的联系。分别选取β－胡萝卜素和花色苷作为脂溶性和水溶性功能因子的模型分子。研究了氧化多糖微凝胶和功能因子之间的相互作用关系，同时对其装载效率、包埋率进行了表征和优化。然后对装载了功能因子的氧化多糖微凝胶小肠靶向缓释的规律，释放动力学进行了研究。同时对微凝胶提高敏感功能因子的稳定性方面也进行了探讨。结果显示氧化多糖微凝胶具有较高的包载效率，可以实现多重因子共装载。改善脂溶性因子的分散性，显著提高敏感因子稳定性和生物活性，并具有小肠靶向释放的智能响应性。研究成果发表在Biomacromolecules, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Food hydrocolloids, Carbohydrate polymers, Food Chemistry上（第一／通讯作者文章已发表7篇，待发表5篇）。申请发明专利2项。以此项目为基础又获得国家自然科学基金面上项目1项、教育部留学回国人员科研启动经费1项、中央高校基本科研业务费3项，化工资源有效利用国家重点实验室开放课题1项。获得会议邀请报告2次，在会议上对相关研究成果做口头报告近十次。注重产学研结合，“氧化多糖在活性因子稳态化和缓控释中的应用” 项目获得了第五届中国食品产业产学研创新发展高峰论坛“优秀科研成果奖”三等奖。