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以类黄酮包裹为例简介不同纳米包裹载体与纳米包裹技术

作者:www.willnano.com 日期:2022-05-22 点击:304
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黄酮类化合物在功能食品、保健品和医药行业都受到越来越多的关注,黄酮类化合物具很强的抗氧化和自由基清除能力、抗炎活性、抗肿瘤、调节脂质代谢等药理活性,并且安全无毒,是开发药物、功能食品和保健品的优良原料。

生物制剂中的类黄酮由于具有较高的氧化还原能力,对环境胁迫(热、光、氧化和pH等)不稳定、敏感、易被破坏、渗透性差且生物利用度低。类黄酮提取物在临床上的应用,仍有许多待解决的问题,如提取不稳定性、成分复杂、毒性风险等问题。而类黄酮的功效性取决于它的稳定性、生物活性、结构完整性和生物利用度。事实上,口服给药类黄酮,只有极小部分分子被吸收,因为胃部停留时间短、渗透性差、溶解度低。并且它们在食品加工、分配或储存过程中,或者在胃肠道环境(pH、酶、其他营养物质)中不稳定限制了它们生物活性和潜在的健康益处。此外,部分黄酮类物质氧化速度非常快,导致棕色和/或不想要的气味逐渐出现,失去了许多活性,同样限制其应用。

常见植物源类黄酮物质:

1)花青素类:如飞燕草素(Cyanidin),花葵素(Pelargonidin),花翠素(Delphinidin)属性:天然色素,对温度、氧化、pH和光敏感,水溶性

2)黄酮醇类(Flavonols):山奈酚(Kaempferol),槲皮素(Quercetin)属性:食品中最普遍的黄酮类化合物,对氧化、光和pH敏感,糖苷配基(aglycone)微溶于水而配糖体(glycosides)溶于水

3)黄烷醇(Flavanols)儿茶素(catechins)特性:对氧气、光和pH敏感,止血剂,微溶于水

4)黄烷酮(Flavanones):橙皮素(hesperetin),橙皮苷(hesperidin),柚皮素(Naringenin),柚皮苷(naringin)特性:对氧化、光和pH敏感,具有苦味,糖苷配基(aglycone)不溶于水而配糖体(glycosides)溶于水

5)黄酮(Flavones):橘皮素(Tangeretin),川陈皮素(Nobiletin),甜橙黄酮(Sinensetin)特性:天然色素,对氧化和pH敏感,水溶性糖苷配基(aglycone)微溶于水而配糖体(glycosides)溶于水

6)异黄酮(Isoflavones)金雀异黄素(Genistein),7,4'-二羟基异黄酮(Daidzein),大豆黄素(Glycitein)对碱性pH敏感,止血剂,具有苦味,水溶性

 

纳米包裹技术

纳米包裹技术在制药工业应用成熟,近些年来纳米包裹技术在化妆品、功能食品工业中也得到越来越多的青睐。纳米包裹技术的主要应用之一是生物活性化合物的纳米包裹。在纳米包裹过程中,除了具有生物活性保护作用外,其生物利用度也随着纳米尺寸效应提高,多项研究表面纳米包裹后的活性物生物利用度增加了十几倍甚至几十倍。

 

以类黄酮包裹为例,不同纳米包裹技术简介:

1. 脂质体

脂质体通常包括由磷脂构成的单个或多重层状球形结构。根据磷脂分子的双亲性,在水溶液中其疏水尾部聚集在一起,亲水头部暴露在水相中,形成单层微胶束或具有双分子层结构的封闭囊泡,双分子层中的疏水区域可用来装载非极性物质。同时,脂质体的磷脂双分子层与生物膜的结构相似,易被组织吸收且无毒性,故可用于提高营养物质的生物可及性和吸收率。Wolfram等人使用薄层蒸发技术制备脂质体用于装载橙皮素,避免了有毒增溶剂的使用,同时能使橙皮素在血浆中长时间保持稳定,免遭降解,且有较好的药物释放特性。橙皮素-脂质体复合物在H441肺癌细胞和MDA-MB-231乳腺癌细胞中显示出的抗增殖活性均显著高于单独使用橙皮素或脂质体,这可能由于脂质体能更好地与细胞膜融合,使包合物更易被细胞吸收而发挥更强功效。Wang等人使用薄膜水化分散法制备脂质体并装载柚皮素,装载率达72.2%。体外释放实验表明,柚皮素-脂质体复合物相较于柚皮素在盐酸溶液、醋酸盐缓冲液和磷酸盐缓冲液中的释放率均有显著提高;体内动物实验表明,依据药时曲线面积,脂质体运载体系能提高柚皮素的口服生物利用率约13.44倍,且能显著提高柚皮素在以肝脏为主的各类器官中的分布浓度。因此,脂质体运载体系是改善柚皮素溶解性和提高其生物利用度的一种优良方法。

图 脂质体纳米包裹示意

图 脂质体纳米包裹示意

2 纳米乳

纳米乳包裹运载体系是由两种及以上互不相溶的液体相互混合而成,主要包括水/油(W/O)、油/水(O/W)、油/水/油(O/W/O)和水/油/水(W/O/W)几种种类型,可用来保护活性成分防止降解、提高溶解性以及促进其更好地被生物体吸收,从而提高营养物质的口服生物利用度。Ting等人利用纳米乳运载体系制备橘皮素乳浊液,发现其在结肠癌细胞系HCT116和HT29中的抗增殖活性有显著提升;通过构建结肠炎相关结肠肿瘤生成小鼠模型,证明乳液运载体系能有效增强橘皮素在体内的抗结肠癌发展和调节肿瘤相关蛋白表达的活性。体外和体内实验均证实乳液运载体系是提高橘皮素口服生物利用度的一种有效途径。Gonçalvesetal.采用高压乳化技术制备槲皮素纳米乳液,极大地提高了槲皮素在水中的溶解度,并且可有效防止槲皮素降解。该研究主要探究了3种不同的乳化剂对形成槲皮素纳米粒的影响,结果表明辛烯基琥珀酸酐淀粉不适合用于槲皮素的包封,而卵磷脂的包封率高达76%,是最合适的乳化剂。

图 纳米乳包裹载体技术示意

图 纳米乳包裹载体技术示意

3 环糊精类包封

分子内含包封主要利用环糊精作为壁材。环糊精是一类具有三维中空环状结构的低聚糖,可将物质疏水性部分包裹在非极性的空腔中,亲水性部分暴露在外端与环糊精的羟基一同增加整体的水溶性,并且无毒,对光、热、碱稳定,常被用作活性物质的包埋材料。环糊精包封类黄酮最大的优势在于提高其水溶性。Shulmanetal.使用HP-β-CD包埋柚皮素,使其溶解度从36±1μM增加到15.8±1.4mM,提高了437倍;采用Caco-2单层细胞模型评价包埋前后柚皮素的穿透性,从基底层中检测出柚皮素浓度由0.04±0.02μM增加到0.51±0.07μM,HP-β-CD使其细胞穿透率提高11倍;通过建立大鼠模型,分别灌胃柚皮素和HP-β-CD包埋的柚皮素,取血液分析,发现包埋前后其药物代谢速率增加7.4倍,血液中柚皮素的最大浓度Cmax增加14.6倍,证明HP-β-CD能显著提高柚皮素的生物利用度。Yangetal.利用β-CD及其衍生物DM-β-CD、TM-β-CD和HP-β-CD等包埋橙皮素,通过X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、1H和2D核磁共振以及紫外-可见光谱等技术手段,全方位评价了包合物的结构特性、包埋方式以及溶解性、稳定性等。结果显示,这些包埋方式均能显著性提高橙皮素的水溶性和稳定性。

图 环糊精包封示意

图 环糊精包裹活性物示意

4 聚合物纳米包裹

纳米包封是将材料包封进小泡或具有纳米(或亚微米)大小的聚合物壁材中。胶束、生物聚合物为基础的载体已经用于添加剂和增补剂的递送,用于食品和饮料产品。聚合物包封是微胶囊化的延伸,多年来一直被食品工业用作食品配料和添加剂。这些纳米材料具有以下优点:在加工和储存过程中保护原料和添加剂,掩盖不愉悦气味,控制添加剂的释放,更好地分散水不溶性食品成分和添加剂,以及提高对包封的营养物质和补充物的吸收。纳米包封保护生物活性化合物,如维生素、抗氧化剂、蛋白质和脂类以及碳水化合物,可增强功能性食品的功能性和稳定性。聚合物纳米胶束作为一种新型的递送体系,可用于水溶性差和具有两亲性的酚类物质的纳米封装。它们具有亲水壳和疏水核的共聚物二嵌段结构。Kumari等用聚丙交酯(PLA)包封槲皮素,粒径大小为130nm,增强了槲皮素的溶解性和稳定性。

5 多糖与蛋白纳米递送体系

纳米递送体系是指将营养物质或生物活性物质包封在生物聚合物中,以达到保护效果的有效方式。它不仅可以屏蔽加工条件(高温)和胃部环境(强酸)对生物活性物质的影响,还具有缓释和控释的作用,从而提高生物活性物质在消化过程中的生物可及性,肠黏膜和肠上皮细胞渗透性。天然的多糖和蛋白质因其良好的生物相容性、可再生性、可降解性和安全无毒被广泛应用于食品和医药工业中。蛋白,如酪蛋白、乳清蛋白和玉米醇溶蛋白等,以及多糖,纤维素、壳聚糖、阿拉伯胶等常被用作活性物质的包封载体。乳清分离蛋白/阿拉伯胶的复合微胶囊和酪蛋白/黄耆胶的复合凝聚物显著提高了类胡萝卜素的溶解性、稳定性和抗氧化活性。姜黄素包封在壳聚糖-三聚磷酸纳米粒子稳定的皮克林乳液中,具有良好的胶体稳定性和长时间的缓释性,从而提高了姜黄素的生物利用度。此外,利用脂质体包封姜黄素后,可保护其免受胃肠道的降解,进而血浆浓度显著提高,同时意味着生物活性和生物利用度也得到提高。因此,基于多糖和蛋白的递送体系也是一种改善类黄酮生物利用度的有效方式。

 

众多纳米包裹体系制备过程中,粒径的纳米化控制尤为重要,高压微流化器(微射流高压纳米均质机)为纳米包裹体系提供了有力的设备基础。



参考文献:

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