乳清蛋白/壳聚糖纳米营养体系的构建及其可控载运虾青素聚集体的研究

Astaxanthin is a natural terpene unsaturated compound, which has numerous biological activities beneficial for human health. Astaxanthin is liposoluble and can be self-aggregation in certain conditions, and different kinds of aggregates could make a big difference in color, structure, optical property, biological activity, and so on. However, astaxanthin cannot solve in water and has poor stability, and its bioactivity is easy to lose under some processing conditions and storage environment. Therefore, design of suitable vehicles is the important guarantee for achieving the efficient use and precise regulation of astaxanthin. Whey proteins and chitosan are selected as building materials to design the astaxanthin-loaded vehicles based on “bottom-up” methods. The release behavior of astaxanthin and stability of the nanocomplex are studied by establishing the simulated digestion model. Meanwhile, Caco-2 cell monolayer and ex vivo intestinal tissue model are respectively established, and the intracellular and the intercellular transportation of astaxanthin are studied, aiming to clarify the transport mechanism of astaxanthin aggregates nanocomplex. The research project will provide new basis and ideas for the efficient utilization of astaxanthin and other bioactive aggregates and the precision design of nutraceutical delivery system.

虾青素是一种天然的萜烯类不饱和化合物，具有许多对人类健康有益的生理活性。虾青素作为脂溶性小分子在一定环境中会自聚集，不同聚集体的颜色、结构、光学特性、生理活性等都会有巨大差异。虾青素难溶于水且稳定性差，在加工和存储过程中容易发生结构改变或失去活性，因此设计合适的水分散型纳米载体是实现虾青素精准调控和高效利用的重要保障。本项目以乳清蛋白和壳聚糖为基础材料，基于自下而上的方法设计虾青素纳米载体，通过建立体外消化模型研究虾青素聚体释放行为和体系稳定性，同时构建Caco-2细胞单层和离体肠组织模型，研究虾青素聚体纳米体的经细胞转运和胞旁通路转运，阐明虾青素聚体纳米体的吸收作用机制。该研究项目为虾青素及其他活性小分子聚体的高效利用和精准营养递送系统设计提供了新的思路和依据。

虾青素是天然的共轭多烯不饱和链结构的类胡萝卜素，具有多种对人体有益的生理活性，但难溶于水、稳定性差、生物利用率低。脂溶性虾青素在水合有机溶剂中容易自发聚集形成紧密堆叠卡包结构的H聚集体和头尾相连松散结构的J聚集体，两种聚集体在光学、稳定性、抗氧化性、生物利用度等方面有显著差异。在国家自然科学基金资助下，本项目选取乳清蛋白和壳聚糖构建“多糖-蛋白质纳米递送体系”，精准可控构建水分散性良好且稳定存在的H-聚体虾青素/乳清蛋白/壳聚糖纳米复合物和J-聚体虾青素/乳清蛋白/壳聚糖纳米复合物，采用动态光散射技术、透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱、高效液相色谱、傅里叶红外光谱、差示扫描量热、圆二色谱、拉曼光谱、X射线衍射等物理化学手段对虾青素纳米体进行了系统结构表征，探讨了分子间作用力和分子自组装结合机制。成功构建的虾青素纳米体具有结构可控、水分散性良好、物理稳定性、生物安全性、控制释放和提高生物利用度等优点。首先，确定虾青素聚集体的关键形成条件，结合分子自组装技术和乳化旋蒸技术，选用乳清蛋白和壳聚糖构建纳米递送体系可控制备H聚体和J聚体虾青素纳米体。其次，通过傅里叶红外光谱和圆二色相等探讨分子间相互作用机制，表明形成虾青素纳米体的主要驱动力为静电引力、疏水作用、氢键等。随后，考察了H聚体和J聚体虾青素纳米体的物理稳定性、抗氧化性和细胞毒性。在低温弱酸条件下，虾青素纳米体具有较好的存储稳定性，克服了虾青素难分散于水且稳定性差的问题，并且对其细胞抗氧化性和生物利用度进行了深入研究。在此基础上，拓展了虾青素-多糖-蛋白质纳米递送体系的应用，如筛选并优化冻干保护剂配比制得速溶真空冻干粉，以及载运和递送脂溶性食源和药源活性小分子。后续将继续深入研究虾青素纳米体在营养生化学方面的代谢作用机理，以上研究成果将有望应用于食品营养和生物医药相关领域。