梁曉，胡勇，徐金瑞，胡坤*

（1.廣東藥科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，廣東廣州 510006）（2.廣東藥科大學(xué)食品科學(xué)院，廣東中山 528458）

單寧酸是一類天然多酚類物質(zhì)，普遍存在于中草藥植物的樹皮或者果實中[1]。單寧酸含有較多的酚羥基，具有一系列獨(dú)特的化學(xué)特性和生理活性[2]，如可以與蛋白質(zhì)、多糖、生物堿等發(fā)生相互作用，具有抗氧化[3]、抗腫瘤[4]、抗菌[5]、抗誘變特性[6]等活性。然而，單寧酸的生物活性和副作用與攝入劑量有關(guān)。膳食中攝入低劑量單寧酸可以對C3H雄性小鼠自發(fā)性肝腫瘤的形成產(chǎn)生強(qiáng)烈的劑量依賴性化學(xué)預(yù)防活性（高達(dá)87%）[7]，或抑制腫瘤細(xì)胞蛋白酶體活性[8]；但高劑量單寧酸能抑制鐵的吸收，也會抑制酶的活性[9]。兔的口服單寧酸實驗表明，單寧酸主要在胃腸道吸收，并且在24 h內(nèi)被代謝和排泄[10]。因此，將單寧酸包埋于輸送載體中，在消化道中可控釋放，是持續(xù)發(fā)揮單寧酸活性及避免高劑量副作用的有效方式。Neculai等[10]用殼聚糖微球、殼聚糖與海藻酸鈉靜電復(fù)合物、殼聚糖與羧甲基纖維素的靜電復(fù)合物微球負(fù)載單寧酸，研究其在不同pH環(huán)境下的釋放單寧酸的動力學(xué)，三種微球?qū)螌幩岬呢?fù)載效率分別為14%、28.9%、6.3%。這是由于單寧酸是水溶性小分子，當(dāng)與水溶性高分子溶液混合后采用沉積的方法制備多糖顆粒時，大部分的單寧酸仍保留在水中，導(dǎo)致負(fù)載效率低下。

在以蛋白質(zhì)為輸送載體的體系中，單寧酸常被用于交聯(lián)強(qiáng)化蛋白質(zhì)之間的聚集[11-13]，而鮮見以蛋白質(zhì)為載體負(fù)載單寧酸的研究。利用水溶性蛋白質(zhì)包埋單寧酸需要特殊處理（如熱處理），也會存在包埋效率低下的問題。玉米醇溶蛋白（zein）是玉米的主要貯藏蛋白，其疏水氨基酸殘基比例超過50%，因此不溶于水而溶于高濃度的醇-水溶液[14]。利用這一特性可將醇溶性活性成分與玉米醇溶蛋白溶解在高濃度乙醇-水溶液中利用反溶劑法分散到水中制備自組裝納米顆粒[15,16]。與水溶性蛋白質(zhì)的包埋作用相比，以玉米醇溶蛋白納米顆粒負(fù)載單寧酸無需熱處理，可望提高單寧酸的負(fù)載效率。然而zein納米顆粒載體的缺陷是其表面疏水性強(qiáng)，在中性pH時顆粒的穩(wěn)定性較差，且凍干后顆粒很難重新分散[17]，限制了在食品及制藥領(lǐng)域的應(yīng)用。Hu等[18]首先報道利用zein與海藻酸鈉制備核/殼型納米顆粒，在酸性至中性pH范圍內(nèi)都有較好的穩(wěn)定性及重分散性。其他陰離子多糖如果膠[19]、海藻酸丙二醇酯[20]、阿拉伯膠[21]等也被用于穩(wěn)定zein納米顆粒。目前關(guān)于不同電荷的多糖對zein納米顆粒的穩(wěn)定作用缺乏系統(tǒng)的研究，zein/陰離子多糖納米顆粒對水溶性物質(zhì)的負(fù)載也少見報道。本文將比較不同電荷類型的多糖對負(fù)載單寧酸的zein納米顆粒穩(wěn)定性的影響，揭示不同電荷的陰離子多糖穩(wěn)定zein納米顆粒的機(jī)制，為開發(fā)負(fù)載水溶性生物活性物質(zhì)的玉米醇溶蛋白/多糖納米顆粒輸送體系提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

玉米醇溶蛋白（>90%）、高脂果膠（酯化度67%～71%）、阿拉伯膠（總灰分<4%）購自Acros；單寧酸（99.9%）、低酯果膠（橘皮果膠，半乳糖醛酸>74%）購自Sigma-Alorich；海藻酸丙二醇酯（純度98%）購自阿達(dá)瑪斯（Adamas）；其他試劑均為分析純。

1.2 主要儀器

IKA磁力攪拌器，R05，德國；pH-3CpH計，上海雷磁；RE 2000A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化；Nano-ZS 90激光粒度儀，Malvern，英國；Beta 1-8 LSCbasic冷凍干燥機(jī)，德國Chris；1B48F原子力顯微鏡，美國Bruker；Nova NanoSEM 430場發(fā)射掃描電鏡，荷蘭FEI。

1.3 溶液的制備

1.3.1 單寧酸-玉米醇溶蛋白乙醇溶液的制備

將1.0 g玉米醇溶蛋白加入到50 mL 85%（V/V）的乙醇溶液中，在室溫條件下以磁力攪拌器攪拌30 min（500 r/min），然后加入0.1 g單寧酸繼續(xù)攪拌30 min，離心（3000 r/min，10 min）除去不溶性雜質(zhì)，得到澄清的溶液。

1.3.2 不同電荷特性多糖溶液的制備

分別稱取0、0.005、0.011、0.022、0.033、0.055、0.077、0.1、0.15和0.2 g海藻酸丙二醇酯（PGA）、阿拉伯膠（GA）、高酯果膠（HMP）和低酯果膠（LMP）加入100 mL超純水中，70 ℃水浴加熱攪拌30 min，快速冷卻后攪拌1 h，以1.0 mol/L HCl將溶液pH調(diào)至4.0，并補(bǔ)充蒸發(fā)損失的水分，3000 r/min離心除去不溶性雜質(zhì)。

1.4 負(fù)載單寧酸的zein/陰離子多糖納米顆粒制備

在800 r/min的速度攪拌條件下，用注射器將4 mL玉米醇溶蛋白-單寧酸乙醇溶液快速注射到16 mL pH 4.0的超純水中，繼續(xù)攪拌3 min，以旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器除去乙醇，并用相同體積的pH 4.0純水補(bǔ)充至20 mL，制得負(fù)載單寧酸的zein納米顆粒。然后按照1:2比例將制得的分散液分散（900 r/min）到不同電荷特性的多糖溶液中，繼續(xù)攪拌10 min，離心后（3000 r/min，10 min）除去大顆粒。

1.5 納米顆粒粒徑與ζ-電位的測定

將新鮮制備的zein/陰離子多糖納米顆粒分散液用pH 4.0的超純水稀釋至蛋白濃度為0.05 mg/mL后，利用激光粒度儀測定其平均粒徑、電位及顆粒多分散性（PDI）。

1.6 微觀形貌觀察

1.6.1 原子力顯微鏡（AFM）

取適量新鮮制備的樣品（多糖濃度0.1%）用pH 4.0的超純水稀釋至蛋白濃度為0.05 mg/mL，然后取30 μL稀釋后的樣品滴至新的云母磁盤上自然晾干，原子力顯微鏡采用輕敲模式，采用圖像分析軟件對樣品的微觀形態(tài)進(jìn)行分析。

1.6.2 場發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）

取適量冷凍干燥的zein/陰離子多糖納米顆粒樣品經(jīng)噴金后，在10.0 kV的加速電壓下觀察凍干樣品的形態(tài)。

1.7 環(huán)境條件對zein/陰離子多糖納米顆粒穩(wěn)定性的影響

不同pH的顆粒穩(wěn)定性用1 mol/L NaOH或者HCl溶液對新鮮配制的納米顆粒進(jìn)行調(diào)整，使得顆粒懸浮液pH為2.0～8.0。

鹽濃度的影響：向新制備的顆粒懸浮液中加氯化鈉，最終鹽濃度范圍為0～100 mmol/L NaCl。

熱處理的影響：新鮮制備的懸浮液在80 ℃下加熱不同（0～120 min），處理后的樣品測定其平均粒徑和多分散指數(shù)，以數(shù)碼相機(jī)記錄顆粒分散液的狀態(tài)，評價環(huán)境壓力對顆粒穩(wěn)定性的影響。

1.8 顆粒得率及單寧酸負(fù)載效率的測定 1.8.1 顆粒得率測定

負(fù)載單寧酸的zein/低酯果膠納米顆粒分散液經(jīng)冷凍干燥后回收稱重，顆粒得率和單寧酸的負(fù)載效率由下式計算：

式中：

w1——凍干的納米顆粒質(zhì)量，mg；

w0——單寧酸、玉米醇溶蛋白和低酯果膠的總質(zhì)量，mg。

1.8.2 單寧酸負(fù)載效率的測定

參考Arroyo-Maya等[22]的方法并做修改。將負(fù)載單寧酸的Zein/低酯果膠納米顆粒分散液離心（4000 r/min，20 min），然后通過10 ku膜過濾器過濾，收集濾液（體積記為v），經(jīng)適度稀釋后在278 nm波長測定其吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線確定濾液中未包埋的游離單寧酸的濃度c。單寧酸負(fù)載效率由下式計算：

式中：

m0——投入的單寧酸質(zhì)量，μg；

c——濾液濃度；

f——稀釋倍數(shù)；

v——濾液體積。

1.8.3 單寧酸標(biāo)準(zhǔn)曲線

稱取20 mg單寧酸溶于20 mL超純水中，制備成濃度為1 mg/mL的單寧酸溶液，然后用超純水分別稀釋成0～20 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)液，在278 nm波長測定其吸光度，建立單寧酸含量標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.0442x+0.0073，R2=0.9997。

1.9 數(shù)據(jù)處理

所有實驗數(shù)據(jù)至少重復(fù)3次，數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用SAS（9.4）統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，p<0.05表示有統(tǒng)計學(xué)差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 多糖濃度與負(fù)載單寧酸的zein納米顆粒穩(wěn)定性

文獻(xiàn)報道玉米醇溶蛋白等電點pI值為pH 6.2[23]。在pH 4.0的水中，反溶劑法制備的納米顆粒帶凈正電荷，測得其ζ-電位為30.48 mV，以zein:單寧酸質(zhì)量比10:1負(fù)載單寧酸后，納米顆粒的電位為26.45 mV。因單寧酸帶負(fù)電荷，導(dǎo)致zein納米顆粒表面電荷下降，但下降幅度較小，說明單寧酸大部分被包埋在zein納米顆粒的內(nèi)部，從而對顆粒表面電荷的影響較小。

將負(fù)載單寧酸的zein納米顆粒分散液按1:2體積比分散至pH 4.0的多糖溶液中，結(jié)果如圖1。低濃度的多糖引起納米顆粒的沉淀，而隨著多糖濃度的增加，顆粒又重新穩(wěn)定。不同多糖穩(wěn)定顆粒所需的最低濃度存在明顯的差異：海藻酸丙二醇酯（Propylene glycol alginate，PGA）、阿拉伯膠（gum Arabic，GA）、高酯果膠（High methoxy pectin，HMP）穩(wěn)定顆粒所需的最低多糖濃度為0.055%（m/V），而低酯果膠（lowmethoxy pectin，LMP）為0.022%（m/V）。在pH 4.0時，測得PGA、GA、HMP以及LMP的ζ-電位分別為-17.25、-22.25、-28.48、-33.72 mV，多糖與帶凈正電荷的zein納米顆粒發(fā)生靜電吸引作用，吸附到zein顆粒的表面，使顆粒的電荷值急劇下降（圖2），多糖濃度較低時，吸附的多糖降低了顆粒的表面電位但不足以完全覆蓋顆粒表面[18]，導(dǎo)致顆粒之間聚集而沉淀；隨著多糖濃度的增加，越來越多的多糖分子吸附到顆粒表面，顆粒重新變得穩(wěn)定。當(dāng)多糖濃度達(dá)到0.10%時，納米顆粒的ζ-電位均達(dá)到相對恒定的水平且接近多糖的ζ-電位，說明納米顆粒表面包覆的多糖達(dá)到飽和（如圖2），形成TZP/多糖核-殼型納米顆粒。比較不同多糖包覆的納米顆粒粒徑發(fā)現(xiàn)（圖3），TZP/PGA顆粒粒徑最大，當(dāng)多糖濃度為0.10%時，其粒徑為506.70 nm。這是因為海藻酸丙二醇酯的ζ-電位較低，與zein納米顆粒之間的靜電相互作用較弱，導(dǎo)致顆粒穩(wěn)定性較差，粒徑較大。Sun等[24]亦報道負(fù)載槲皮素的zein/PGA顆粒粒徑達(dá)到759 nm，說明PGA不能穩(wěn)定zein納米顆粒。其次是TZP/HMP，粒徑為296.25 nm；而TZP/GA和TZP/LMP納米顆粒的粒徑分別為131.63、160.18 nm。

采用原子力顯微鏡觀察納米顆粒的微觀形貌，如圖4所示，負(fù)載單寧的納米顆粒近似球形且分布比較均一（圖4a），粒徑50 nm左右，與粒度儀測定的結(jié)果接近（圖3）。

多糖包覆的納米顆粒在制樣干燥時發(fā)生不同程度的顆粒聚集，且海藻酸丙二醇酯（圖4b）、阿拉伯膠（圖4c）、高酯果膠（圖4d）包覆的顆粒聚集程度較高，而低酯果膠包覆的納米顆粒聚集程度較低，說明顆粒穩(wěn)定性較高（圖4e）。

2.2 不同pH條件下TZP/多糖納米顆粒的穩(wěn)定性

玉米醇溶蛋白為兩親性高分子，其納米顆粒表面電荷受水相pH的影響，從而影響其與陰離子多糖的相互作用，進(jìn)而影響納米顆粒的穩(wěn)定性。基于海藻酸丙二醇酯包覆的納米顆粒粒徑較大，穩(wěn)定性較差，故后續(xù)研究主要針對TZP/GA、TZP/HMP、TZP/LMP納米顆粒。不同pH條件下納米顆粒分散液的穩(wěn)定性如圖5：TZP/GA在pH 2.0及zein等電點附近（pH 6.0～6.5）不穩(wěn)定，顆粒沉淀析出，在pH 3.0時分散液變渾濁；Gali等[21]報道以zein/GA顆粒負(fù)載流蘇蕓香（Ruta chalepensis）的蘆丁提取物在pH 2～3、pH 7～8時粒徑較大；而負(fù)載松香的zein/GA顆粒在pH 3.0時聚集沉淀[25]，說明負(fù)載的客體極性對zein/GA顆粒在不同pH時的穩(wěn)定性影響較大，疏水性客體更有利于zein/GA在高酸性及zein等電點pH時顆粒的穩(wěn)定。TZP/HMP在pH 2.0～3.0澄清度下降；而TZP/LMP僅在pH 6.0時澄清度稍有下降，說明LMP比HMP對TZP的穩(wěn)定作用更強(qiáng)。

納米顆粒粒徑及顆粒多分散性指數(shù)（PDI）隨pH的變化如表1所示，TZP/GA顆粒在pH 3.0～5.0、pH 7.0～8.0時，顆粒粒徑在120～160 nm之間，PDI約為0.20，說明納米顆粒均一性較好，顆粒較為穩(wěn)定。TZP/HMP顆粒的粒徑在酸性pH時較大，最大粒徑達(dá)到321.65 nm，但在zein等電點pH附近（pH 6.0～6.5）時粒徑反而較低，在pH 7.0～8.0時，粒徑最小。這是因為在中性到堿性pH時zein帶凈負(fù)電荷，與同為負(fù)電荷的高酯果膠之間主要發(fā)生靜電排斥，多糖與zein顆粒之間相互作用較弱，部分多糖脫離顆粒表面，從而降低顆粒的粒徑。隨著pH值的增加，顆粒的PDI逐漸增大，當(dāng)pH>5.0時，PDI大于0.34，表明TZP/HMP納米顆粒粒徑分布不均一，顆粒粒徑差異明顯，也說明在此條件下，高酯果膠與zein顆粒之間相互作用較弱，使得顆粒粒徑分布發(fā)生較大的變化。TZP/LMP的粒徑在pH 2.0～8.0范圍內(nèi)隨pH值的增加而減?。◤?97.80 nm減小至105.98 nm）。但在pH 6.0時（接近zein等電點pH值）粒徑稍有增加（由pH 5.0時的164.90 nm增加到pH 6.0時的178.73 nm），表明在等電點pH附近，低酯果膠與zein的靜電相互作用相對較弱，導(dǎo)致顆粒粒徑增加，但所有pH范圍內(nèi)納米顆粒的PDI值都低于0.27。一般認(rèn)為PDI低于0.30，納米顆粒比較穩(wěn)定，粒徑分布比較均一，因此低酯果膠在pH 2.0～8.0均能較好的穩(wěn)定納米顆粒。

表1 不同pH條件下TZP/多糖納米顆粒的粒徑及PDITable 1 The particle size and PDI of TZP/polysaccharide nanoparticles at different pH

TZP/多糖納米顆粒ζ-電位隨pH的變化趨勢見圖6，納米顆粒的ζ-電位隨pH值的變化受到多糖分子的顯著影響，表現(xiàn)出與多糖溶液相同的變化趨勢，說明TZP納米顆粒被多糖包覆。在pH 2.0時，TZP/GA的ζ-電位為0.02 mV（圖6a），TZP/HMP的為-0.69 mV（圖6b），而TZP/LMP則為-2.23 mV（圖6c）。阿拉伯膠為含有蛋白質(zhì)的羧基多糖，果膠為部分甲酯化的羧基多糖，羧基的pKa約為pH 3.5[26]，在pH 2.0時，多糖分子中未與zein的-NH3+發(fā)生靜電相互作用的游離-COO-質(zhì)子化生成-COOH，導(dǎo)致納米顆粒ζ-電位接近0，此時TZP/GA沉淀析出，TZP-HMP粒徑稍微增加（266.32 nm）；而TZP-LMP因存在一定的電荷排斥作用，顆粒得以穩(wěn)定。在pH 6.0時，zein表面凈電荷接近電中性，此時與陰離子多糖的靜電相互作用最弱，電荷較弱的阿拉伯膠對TZP的穩(wěn)定作用減弱，測得TZP/GA的ζ-電位（-18.48 mV）遠(yuǎn)低于TZP-HMP（-37.20 mV）及TZP-LMP（-39.31 mV），導(dǎo)致TZP/GA顆粒之間的靜電排斥力較弱，從而失去穩(wěn)定而沉淀。

2.3 離子強(qiáng)度對TZP/多糖納米顆粒穩(wěn)定性的影響

蛋白質(zhì)與多糖之間的靜電相互作用受離子強(qiáng)度的影響，從而影響納米顆粒的穩(wěn)定性。TZP/GA顆粒對離子強(qiáng)度最敏感（圖7），10 mmol/L的NaCl即引起顆粒分散液混濁，當(dāng)NaCl濃度增加到15 mmol/L時顆粒沉淀。當(dāng)zein/GA顆粒負(fù)載姜黃素時，大于8 mmol/L的NaCl濃度即導(dǎo)致顆粒聚集[27]。以上結(jié)果說明阿拉伯膠與zein之間的靜電相互作用較弱，較低濃度的中性鹽即可達(dá)到電荷中和作用而使顆粒沉淀。與阿拉伯膠相比，TZP/HMP、TZP/LMP納米顆粒對鹽的耐受性較強(qiáng)，顆粒分散液在0～25 mmol/L NaCl濃度范圍內(nèi)仍然保持半透明狀，但其粒徑分別增加至370.70 nm（圖8a）和279.88 nm（圖8a），30 mmol/L的NaCl濃度時納米顆粒發(fā)生聚集沉淀，而負(fù)載白藜蘆醇的zein/LMP納米顆粒則在70 mmol/L的鹽濃度時發(fā)生沉淀[28]。此結(jié)果進(jìn)一步表明，負(fù)載的客體的極性影響zein/陰離子多糖納米顆粒的穩(wěn)定性，疏水性客體有利于納米顆粒與多糖的相互作用，使顆粒更為穩(wěn)定。

2.4 顆粒的熱穩(wěn)定性

將顆粒分散液在80 ℃水浴加熱處理120 min，TZP/GA、TZP/LMP分散液外觀仍為澄清透明的狀態(tài)，然而TZP/HMP分散液外觀透明度下降。TZP/GA的粒徑經(jīng)熱處理后明顯下降，從未處理時的121.53 nm降至107.39 nm（圖9a，p<0.05）；而TZP/HMP的粒徑從未處理時的294.35 nm增大至326.09 nm（圖9b，p<0.05)。熱處理對TZP/LMP的粒徑無明顯影響（圖9c，p>0.05)，表明TZP/LMP具有良好的熱穩(wěn)定性。

2.5 納米顆粒得率及單寧酸負(fù)載效率

將TZP納米顆粒分散液以1:2的體積比分散至濃度為0.11%低酯果膠溶液中，經(jīng)冷凍干燥后收集干燥的TZP/LMP納米顆粒，計算顆粒得率為95.10%，測得單寧酸的負(fù)載效率為88.97%，顆粒中單寧酸的含量為5.39%。親水性小分子物質(zhì)易溶于水，將其高效負(fù)載到蛋白質(zhì)納米顆粒中具有一定的挑戰(zhàn)性[29]。Arroyo-Maya等[22]采用熱處理和靜電絡(luò)合的方法，以乳清分離蛋白-甜菜果膠納米顆粒負(fù)載花青素，負(fù)載效率為35%～55%。本文中的玉米醇溶蛋白/低酯果膠納米顆粒對單寧酸的負(fù)載效率顯著高于Arroyo-Maya等人[22]報道的花青素的負(fù)載效率，甚至接近疏水性的姜黃素[19]和白藜蘆醇的負(fù)載效率[30]。利用SEM觀察冷凍干燥的納米顆粒為球形，直徑范圍為100～200 nm（圖10a）。納米顆粒的粒徑分布為單峰（圖10b），粒徑和PDI分別為165.55 nm和0.23。

3 結(jié)論

玉米醇溶蛋白在pH 4.0時，以反溶劑法制備的納米顆粒帶凈正電荷，可與陰離子多糖發(fā)生靜電相互作用而形成核-殼型納米顆粒。比較表面負(fù)電荷依次增加的海藻酸丙二醇酯、阿拉伯膠、高酯果膠、低酯果膠對負(fù)載單寧酸的zein納米顆粒穩(wěn)定性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)多糖在顆粒表面達(dá)到飽和吸附時，可以穩(wěn)定顆粒。這種穩(wěn)定作用受陰離子多糖的ζ-電位影響，ζ-電位最弱的海藻酸丙二醇酯不能有效地穩(wěn)定TZP，ζ-電位較弱的GA在強(qiáng)酸性pH值和zein等電點pH值附近無法穩(wěn)定納米顆粒，而ζ-電位最強(qiáng)的LMP在pH 2.0～8.0范圍內(nèi)均能穩(wěn)定納米顆粒。由于陰離子多糖與TZP以靜電相互作用形成核-殼型納米顆粒，其作用強(qiáng)度受離子強(qiáng)度的影響。表面電荷較低的阿拉伯膠，其與TZP形成的納米顆粒對鹽的穩(wěn)定性最低，而表面電荷最強(qiáng)的LMP與TZP形成的納米顆粒對鹽的穩(wěn)定性較高。以LMP作為穩(wěn)定劑制備的TZP/LMP納米顆粒對水溶性多酚單寧酸的負(fù)載率達(dá)到88.97%，單寧酸在顆粒中的含量為5.39%，明顯優(yōu)于水溶性蛋白（如乳清蛋白）納米顆粒對親水性活性成分的負(fù)載率。因此，本文報道的玉米醇溶蛋白/低酯果膠復(fù)合納米顆?？捎糜谟H水性多酚的包埋與保護(hù)，可望用于親水性活性成分的靶向輸送和可控釋放，今后的研究將集中于該體系在胃腸道環(huán)境中釋放單寧酸的過程及生物利用度。