分子间作用对壳聚糖-反离子复合微纳米颗粒理化性质及递送效率的调控机制

Polysaccharides and salts are both major components of food. The interactions between charged polysaccharides and counterions play important role in determining the texture, appearance and functionality of foods. However, the lack of understanding on the interactions between polysaccharides, counterion and other food components (especially the interaction kinetics) largely limited the development of colloidal polysaccharide/counterion complexes. We propose to use chitosan/counterion micro- and nanoparticles as a model system, and by altering the molecular structure, solution pH and ionic strength and introducing muli-inlet vortex mixing (MIVM), to systematically monitor the interaction thermodynamics, kinetic, mixing kinetic and particle formation/coagulation kinetics of chitosan/counterion/encapsulated molecules. By relating these parameters to the final micro- and nanoparticle size distributions, stability and delivery efficiency, we will be able to reveal the mechanisms of polysaccharide/counterion particle properties control and produce chitosan/counterion particles with desired size, stability and great delivery ability for food functional factors. The successful implementation of this project will provide valuable information on the techniques and theories of molecular interaction research and industrial application of chitosan/counterion and other polysaccharide/counterion complex systems.

多糖与盐均为食品的重要组分，深入理解带电多糖与反电荷盐离子（反离子）之间相互作用对食品理化与功能特性的调控具有重要的理论指导意义。然而多糖-反离子及食品组分间相互作用（尤其是反应动力学）研究的空缺，制约了对多糖/反离子复合胶体体系的研究。本项目拟以壳聚糖-反离子复合微纳米颗粒递送体系为模型，通过改变分子结构、溶液环境，结合多通道快速混合法，系统调控壳聚糖/反离子/包埋分子间相互作用热力学与动力学、混合动力学、颗粒生成与聚集动力学，探究其与微纳米颗粒尺寸分布、稳定性和递送效率之间的内在联系，解析分子间作用对复合颗粒性质的影响方式。本研究将通过研究分子间作用实现尺寸分布可控、稳定性高、递送效率优异的壳聚糖/反离子微-纳米颗粒的构建，阐明壳聚糖/反离子微纳米颗粒递送体系性质调控的机制。本项目的实施将为食品多糖-反离子胶体运载体系的理化与功能特性调控及产业化应用提供技术支撑和理论依据。

带有相反电荷的聚电解质可以与多价盐离子或胶体颗粒复合形成不同形貌的复合物。这一复合过程广泛存在于工业和自然界中，其中天然聚电解质复合更是与诸多食品和生命活动过程密切相关。因此，无论从基础科学研究还是实际应用角度，系统探究聚电解质与其他分子和胶体结构之间的相互作用机理都是具有重要意义的基础科学问题。.本项目以天然阳离子多糖壳聚糖为模型，以多通道快速混合技术为手段，成功实现了混合动力学的有效控制，将常规混合所需的特征时间由秒级缩短至毫秒级，规避了以往同类研究中难以避免的局部过饱和和不均匀复合的问题。在此基础上，深入探究了壳聚糖与多价反离子（三聚磷酸钠）、酪蛋白以及阴离子多糖透明质酸之间的复合，并在模型聚电解质聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDADMAC）和聚丙烯酸（PAA）复合体系中进一步讨论了所得规律的普适性。结果表明，文献中有关“all or none”和“even distribution”两种复合模式的冲突是由于过快的复合速率和较慢的混合动力学导致的。“all or none”形式的复合可能是混合不均匀产生的假象，在有效的混合下，“even distribution”才是普遍的复合机理。同时，聚电解质复合过程由可溶性复合物到不溶性胶体颗粒的转变仅发生在正负聚电解质电荷比超过某一特定临界值时，这一临界电荷比例受到分子量、盐离子浓度、离子特异性效应等因素的影响。当长链聚电解质分子量超过交叠浓度（c*）时，临界电荷比往更低比例偏移；离液盐离子的加入使得这一转变提前，而强水合盐离子则对这一转变电荷比没有显著影响。.在与酪蛋白复合的过程中，研究发现壳聚糖与蛋白之间的相互作用主要来源于两者分子上的电荷。壳聚糖的复合可以有效提高酪蛋白自身，以及对乳液的稳定能力。乳液稳定性的提升可能来源于两者在油水界面上形成的复合物膜的高稳定性。.除了原定研究计划之外，本项目还基于瞬时纳米沉淀技术开发了卵磷脂乳液与脂质体的制备平台技术，实现了对活性物的高效包埋。.本项目已发表相关论文5篇，授权发明专利2项，培养研究生6名，另有3篇论文与1篇专利正在投稿/申请中。