乳铁蛋白、姜黄素和燕麦β-葡聚糖三元凝聚物的结构特性及自组装机制研究

Curcumin has recently drawn significant interest owing to its numerous biological activities. However, the major limitation for curcumin to be applied in functional foods is its extremely low aqueous solubility, limited stability and low bioavailability. The protein-polysaccharide complexes are found to be superior to single protein or polysaccharide for enhancing the solubility (in the aqueous phase) and stability of curcumin. The ternary aggregates will be fabricated by lactoferrin, curcumin, and oat β-glucan through three different fabrication methods. The fabrication process will be optimized to obtain ternary aggregates with good physical stability. The solubility, stability and release rate of curcumin in the ternary aggregates will be evaluated; the bioaccessibility of curcumin using an in vitro model that simulated some chemical and biological gastrointestinal conditions will be studied. The particle morphology, physico-chemical properties and structural characteristics of the ternary aggregates were systematically studied by spectroscopic, rheological and thermodynamic methods; the self-assembly mechanism of ternary aggregates will be elucidated by adsorption isotherm models, isothermal titration calorimetry and microscale thermophoresis. The implementation of the project is to develop a new delivery system for curcumin, and provide scientific evidences and theoretical basis for the applications of ternary aggregates formed by lactoferrin, curcumin, and oat β-glucan in functional foods.

姜黄素较低的水溶性、稳定性和生物利用率限制了其在功能性食品中的应用，利用蛋白质-多糖凝聚物运载姜黄素能够改善这些应用缺陷。本项目选用两种具有优良功能特性的材料——乳铁蛋白和燕麦β-葡聚糖，协同运载和保护姜黄素。与传统的单一构建方法不同，本项目采用3种自组装顺序，通过优化构建条件，制备具有良好物理稳定性的乳铁蛋白、姜黄素和燕麦β-葡聚糖三元凝聚物。评价三元凝聚物中姜黄素的水溶性、稳定性和释放速率，同时利用体外模拟消化实验评价姜黄素的生物利用率。利用多种光谱学、流变学和热力学方法，深入研究3种不同结构凝聚物的颗粒形貌、物化特性和结构特性；借助吸附等温模型、等温滴定量和微量热泳动等方法，系统阐明3种结构三元凝聚物的自组装机制。本项目的实施对于开发新型姜黄素运载体系，扩展姜黄素的应用范围和应用效果具有重要意义，并为乳铁蛋白、姜黄素和燕麦β-葡聚糖三元凝聚物在功能性食品领域中的应用提供科学依据。

蛋白质−多酚−多糖非共价三元复合物具有许多独特的结构和功能特性。然而，基于中性多糖构建的三元复合物相关研究还不多见。姜黄素（Cur）是一种疏水性多酚，其较低的水溶性、稳定性和生物利用率限制了它在功能性食品中的应用，利用蛋白质-多糖复合物运载Cur能够改善这些应用缺陷。本项目探究了以乳铁蛋白（LF）和燕麦β-葡聚糖（OG）为壁材协同运载和保护Cur的可能性，深入研究了所构建的LF−Cur−OG三元复合物的结构和功能特性。首先，研究了LF和OG的自组装和热诱导行为。在25℃时，LF与OG可以自组装形成复合物，静电相互作用、氢键和范德华力均参与自组装。在低OG浓度条件下，LF−OG自组装复合物具有物理交联网络结构，而在高OG浓度下具有球形结构。同时，在OG存在下，LF易于发生变性和热聚集。LF−OG热诱导复合物呈“蜂窝状”结构。这些LF−OG纳米复合物和微复合物独特的结构可广泛应用于食品、医药、化妆品等行业用于生物活性化合物的包埋和运输。其次，采用自组装和喷雾干燥技术成功地制备了LF−Cur−OG三元复合物。Cur通过疏水作用和氢键作用结合在LF−OG复合物中。喷雾干燥可以增强LF、OG和Cur分子间的结合程度，所形成的复合物颗粒粒径较小、浊度较低，水溶性和包埋率得到进一步提高。LF−Cur−OG三元复合物作为乳化剂成功地用于稳定Pickering乳液。复合物的乳化能力依次为：喷雾干燥的三元复合物>喷雾干燥的LF-OG复合物>自组装的三元复合物>自组装的LF−OG复合物。最后，通过一种特殊的溶解方法，成功制备得到澄清的三元复合物溶液，极大提高了姜黄素的稳定性和包埋率。该方法制备工艺简单、易于操作。澄清型三元复合物溶液经冷冻干燥后，呈“棉花状”颗粒，粒度分布均匀。该复合物的构建扩展了对LF−Cur−OG三元复合物结构的新认识，为进一步研究蛋白质−多酚−多糖三元复合物提供了新方向。总之，本项目成功开发出新型Cur运载体系——LF−Cur−OG三元复合物，为Cur 在功能性食品中的应用提供了理论依据，并拓宽了我们对蛋白质−多酚−多糖三元复合物结构和功能特性的新认识和新理解。