酚类协同稳定降胭脂树素酸性水相纳米分散系界面机理研究

Thermal and irradiant stability of norbixin in acid aqueous is a challenge for its application as a food colorant. Loading norbixin in nanoparticles by surfactants/co-surfactants is capable of stabilizing norbixin in acid aqueous. Natural phenols are a potential as co-surfactants in food nano-composites fabrication. Based on our preliminary results in food nano-science and technology, we draw up a protocol to fabricate norbixin-phenol-glycoprotein dispersion and to investigate: 1) the physicochemical and interfacial properties of the fabricated nanoparticles. Specifically, the intermolecular interactions among norbixin-glycoprotein, phenol-glycoprotein and norbixin-phenol-glycoprotein will be revealed using fluorescence quenching and rheometer; 2) the mechanical characteristics of nanoparticles using the atomic force microscope; 3) the storage, illumination and heating stability using electron microscope, dynamic light scattering, zeta-potential and high performance liquid chromatography tandem mass spectrum; and 4) fundamental mechanism between nanoparticles and epithelial cell structure using frozen section-electron microscopy. The expected outcomes of the present research will provide detailed information of designing and fabricating 1-3 stable norbixin in glycoprotein nanoparticles with phenols as co-surfactants, fundamental molecular interaction on various interface structures, and safety evaluation of epithelial cells in vitro.

降胭脂树素在酸性环境中对热、光照敏感，是作为天然食用色素广泛应用的瓶颈。降胭脂树素纳米分散系可提高色素稳定性，但合成表面活性剂具有一定毒副作用。以具有两亲特征的天然酚类化合物稳定纳米分散系是食品纳米科学领域发展方向之一。基于在食品微/纳米技术方面前期工作，本课题以构建降胭脂树素-酚类化合物-糖蛋白水相纳米分散系为目的，应用荧光淬灭、流变仪等研究酚类化合物、降胭脂树素与糖蛋白分子间的作用机制；应用原子力显微镜研究降胭脂树素纳米颗粒的表面力学特征；应用电镜、动态光散射、表面电势仪、液相色谱-离子阱质谱研究纳米颗粒在贮藏、光照、加热过程中的物理和化学稳定性；应用冷冻切片-电镜断层扫描技术研究不同尺寸的纳米颗粒与体外上皮细胞间作用机理以及对上皮细胞结构的影响。本课题拟构建1-3种在酸性水相环境中稳定的降胭脂树素纳米颗粒，清晰阐述所构建的纳米颗粒界（表）面分子作用机理，及其与上皮细胞间的相互作用机制。

本项目酚类协同稳定降胭脂树素酸性水相纳米分散系界面机理研究（项目批准号： 31871845）聚焦食用色素降胭脂树素在酸性水相环境中不稳定的关键技术问题以及在酚类、表面活性剂存在情况下，降胭脂树素如何与这些助溶剂和水分子发生相互作用的关键科学问题，开发了3种在酸性水相中稳定胭脂树素的方法，以及1种潜在的稳定胭脂树素的方法，并阐述了不同方法稳定降胭脂树素的机理，分别是（1）采用PIC法，通过香芹酚与非离子型吐温80/1,2-丙二醇构建纳米乳液稳定胭脂树素，所开发的胭脂树素纳米乳液乳滴粒径17.67 nm，在pH=3的水相环境中为完全澄清透明的分散系，是目前报道的可溶性透明降胭脂树水相稳定体系的最低pH环境。（2）采用PIT法，通过香芹酚与离子型大豆卵磷脂/吐温20构建纳米乳液稳定胭脂树素，所开发的胭脂树素纳米乳液乳滴粒径12.03 nm，在水相环境中稳定。（3）采用Candida antarctica lipase B将胭脂树素端位甲基转酯化成麦芽糖醇，显著提高胭脂树素的酸性水相稳定性，使胭脂树素在pH=5的水相环境中稳定存在。（4）采用PIC法制备高油相纳米乳液，以吐温80、司盘80和1,2-丙二醇作为表面活性剂，姜油为油相，通过Stokes方程调整油相密度，制备油相60%的纳米乳液，该纳米乳液水合直径150.2 nm，多分散相系数0.17，54摄氏度存储14天未发生显著变化，所构建的纳米乳液可作为胭脂树素良好的载体。项目实施期间，已发表学术论文6篇，待发表学术论文1篇，授权国家发明专利1件，申请国家发明专利3件；独立培养硕士研究生1人、本科生4人，联合培养博士研究生1人，所培养的6位学生均已顺利毕业。