基于体外消化模型研究介孔二氧化硅颗粒负载板栗壳原花青素的可控释放及其抗氧化机制

Chinese chestnut shell is rich in natural antioxidants procyanidins, while their application in functional food is limited by low bioavailability. In this project, we aim to prepare mesoporous silica nanoparticles loaded by chestnut shell derived procyanidins using aerosol method on the basis of extracting food-grade chestnut shell derived procyanidins in order to improve their stability and bioavailability. In vitro gastrointestinal digestion model was built and the release of their mesoporous silica nanoparticles will be investigated in the following forms: the particle size, pH, and content and composition change of chestnut shell derived procyanidins. Release and the changes of antioxidant activity of chestnut shell derived procyanidins during in vitro digestion will be discussed by analyzing procyanidins and their digestion products, and their antioxidation mechanism in gastrointestinal digestive system will be illuminated by analyzing scavenging free radicals activity and metal ion chelating activity. It is expected to screen nano-carriers, which have high stability, high antioxidant activity and controlled release. Research results can help us dive into more details on the molecular mechanism of releasing of mesoporous silica nanoparticles loaded by chestnut shell derived procyanidins in the gastrointestinal system. In practice, it is helpful to improve their oral bioavailability and will provide the theory reference and a new thinking mode on the development on natural antioxidants.

板栗壳富含天然抗氧化物质原花青素，但其生物利用率较低制约了在功能性食品中的应用。为提高其稳定性和生物利用率，本研究拟在提取食品级板栗壳原花青素的基础上，采用气溶胶法制备介孔二氧化硅颗粒，用其负载板栗壳原花青素，构建体外胃肠消化模型，从粒径、pH值以及板栗壳原花青素的含量及组分变化等方面研究其体外释放行为，并通过原花青素及其消化产物组成的分析，探讨其在体外消化过程中的释放和抗氧化活性变化，通过分析自由基清除活性和金属离子螯合活性阐明介孔二氧化硅颗粒负载的板栗壳原花青素在消化体系中的抗氧化作用机制，期望筛选并设计出稳定性好、抗氧化活性高、可控释放的纳米载体。研究结果可以帮助我们更加深入了解介孔二氧化硅颗粒负载的原花青素在胃肠系统中释放作用的分子机制，提高其口服生物利用率，为天然抗氧化物质的开发提供理论参考和新的思路。

本项目在提取板栗壳原花青素（Chestnut shell proanthocyanidins，CSPC）的基础上，采用气溶胶法制备单分散介孔二氧化硅颗粒（mesoporous silica nanoparticles, MSNs）。将CSPC负载于MSNs中，制备CSPC-MSNs复合体，通过调节参数，改变其在体外胃肠消化模型中的释放行为，同时分析CSPC的含量与体系抗氧化活性的关系，以提高CSPC在胃肠消化液中的活性和生物利用率。单因素试验和设计响应面优化得CSPC最佳提取工艺为：提取时间90 min、乙醇百分比为70 %、料液比1:15（g/mL）、提取温度65 ℃，在该工艺条件下，CSPC粗提物得率为2.57 %，纯度为50.21 %。采用高效液相色谱-质谱（HPLC-MS），鉴定出CSPC中含有没食子酸、儿茶素、没食子儿茶素以及B型原花青素二聚体。采用气溶胶法，以十六烷基三甲基溴铵（cetyl trimethyl ammonium bromide，CTAB）作为模板，铵盐为造孔剂，制备出中空MSNs。通过调节造孔剂种类、造孔剂加入量及模板剂加入量可制备不同规格的MSNs，其具有不同的释放特性。采用浸渍法，可将CSPC负载于上述MSNs中可制备不同规格CSPC-MSNs复合体。最佳负载条件为，MSNs加入量为5mg/mL，CSPC质量分数为4mg/mL，变温交替处理程序为：30℃处理0.5h，然后4℃处理0.5h，此为一次变温刺激，重复两次，在此条件下，负载量最高，每克MSNs中可负载512 mg CSPC。体外模拟消化实验显示，本研究条件可以调节CSPC-MSNs在肠吸收部位的靶向释放比例高达67.3%-90.7%。由此可见，大部分原花青素可以顺利到达小肠吸收部位。如果需要更多比例的原花青素到达小肠部位，可以提高造孔剂氯化铵和模板剂CTAB的加入量，或用硫酸铵替换原造孔剂氯化铵等方式实现。同时，消化液中的抗氧化活性与原花青素含量相关。综上所述，MSNs是一种可调节的体外载药系统，可以实现CSPC在肠吸收部位的靶向释放，减少胃消化过程中CSPC的降解，提高其口服生物利用率，为天然活性物质的开发提供理论参考和新的思路。