阴离子多糖对玉米醇溶蛋白自组装纳米颗粒稳定性的影响及其机制

Zein self-assembly nanoparticles fabricated by anti-solvent method have the potential application in targeting delivery and stabilization of some drugs and nutraceuticals. But, the particles are tend to aggregate and hard to re-disperse in water after dried because of the strong hydrophobicity of zein. Our group first reported that stable zein –polysaccharide core/shell nanoparticles could be synthesized by coating alginate or pectin with zein self-assembly nanoparticles. However, there are still some questions unclear, such as, the interaction of anionic polysaccharides with zein nanoparticles, the relationship between polysaccharide/protein particle interaction and protein conformation or polarity, and the relationship between polysaccharide/ protein particle interaction and protein surface hydrophobicity/hydrophilicity, etc. Our project will systematically investigate the effects of polysaccharides with sulfate group, carboxyl group with different charge density, and surface activity on the aggregation stability of zein self-assembly nanoparticles, which prepared by zein subjected to heating or deamidation, or prepared by zein meditated by curcumin, tween 80 or tannin acid. We will try to reveal the relationship between this stabilizing effect and polysaccharide –protein interaction, and to understand the mechanism of anionic polysaccharide stabilizing zein nanoparticles.

反溶剂法制备玉米醇溶蛋白（zein）自组装纳米颗粒可用于药物、营养功能组分的稳态化保持与靶向递送。由于玉米醇溶蛋白的强疏水性，纳米颗粒在水中易发生聚集沉淀，而且干燥后的颗粒无法重新分散在水中。本课题组较早报道利用海藻酸钠、果胶等阴离子多糖与zein自组装纳米颗粒形成稳定的核/壳型复合纳米颗粒，然而阴离子多糖与zein自组装颗粒之间的相互作用及其与zein分子构象及极性、蛋白质表面疏水/亲水特性等之间的关系还不清楚。本项目以热处理、脱酰胺作用改变zein分子构象与极性，以姜黄素、单宁、吐温80等不同极性小分子介导zein自组装改变纳米颗粒的疏水/亲水特性，系统研究硫酸基多糖、不同电荷密度的羧基多糖及表面活性的多糖对zein自组装纳米颗粒稳定性的影响及其与蛋白质相互作用之间的关系，揭示其稳定机制。

本项目研究了吐温80、姜黄素、单宁酸等不同极性小分子及酸、碱脱酰胺处理对玉米醇溶蛋白（zein）自聚集行为的影响，不同电荷类型的多糖及蛋白质与多糖静电复合物与zein纳米颗粒的相互作用及颗粒稳定性的变化规律，在此基础上研究zein/阴离子多糖和zein/蛋白质-多糖核壳型纳米颗粒负载脂溶性及水溶性多酚物质，研究其稳定性、生物可利用度及生物活性的变化。研究结果表明，不同极性小分子与zein发生氢键、疏水相互作用、静电相互作用（单宁酸）等，影响蛋白质的二级结构，从而影响蛋白质的自聚集行为。阴离子多糖与zein纳米颗粒发生静电相互作用，多糖的阴离子基团类型及表面电荷（ζ-电位）影响zein纳米颗粒的稳定性，硫酸基多糖卡拉胶与zein纳米颗粒在低pH时能稳定zein纳米颗粒，而在中性pH时，则增加颗粒粒径。羧基多糖的表面电荷强弱影响zein纳米颗粒的稳定性，低酯果胶能在pH 2~7范围内稳定zein纳米颗粒，而ζ-电位更高的海藻酸钠在pH 2时引起纳米颗粒的沉淀，ζ-电位更低的海藻酸丙二醇酯、阿拉伯胶、高酯果胶等对纳米颗粒的稳定作用较差。脱酰胺处理使zein的α-螺旋减少，β-折叠增加，也使zein能在中性pH时发生自聚集形成纳米颗粒，且纳米颗在pH4-5时发生聚集。明胶、酪朊酸钠与阴离子多糖形成的静电复合物能稳定纳米颗粒，使颗粒在酸性pH及较高离子强度时不发生聚集。Zein/阴离子多糖核壳型纳米颗粒对脂溶性和水溶性多酚都有较好的负载效率，负载的多酚以无定型形式存在，模拟消化实验表明，纳米颗粒负载的多酚主要在肠液消化阶段释放，且增加了脂溶性多酚的生物利用度，提高了多酚的生物活性。本项目的研究对揭示zein自聚集行为、阴离子多糖对zein纳米颗粒的稳定性影响机制及研究开发基于zein/阴离子多糖的核壳型纳米输送体系具有重要的理论参考价值及实际应用前景。