山东省科学院生物研究所贾爱荣研究员等：基于铜藻岩藻聚糖硫酸酯的负载岩藻黄质纳米粒子制备与分析
2023-09-25作者：来源：责任编辑：食品界
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岩藻黄质是一种功能性色素，广泛分布于藻类、海洋浮游植物、水生贝壳类等生物组织中，属于类胡萝卜素，具有多种良好的生物活性。但是，岩藻黄质极不稳定，对酸、碱敏感，尤其是在酸性条件下最不稳定，其作为口服成分在进入肠道之前在胃中会被破坏，生物利用度严重降低。壳聚糖是一种天然阳离子多糖，具有良好的安全性、生物相容性、pH值敏感性，在口服药物运载体系构建方面具有一定优势。岩藻聚糖硫酸酯是一种硫酸化多糖，主要存在于褐藻和海洋无脊椎动物中，含有大量硫酸基团，可与带正电的壳聚糖通过聚电解质自组装的方式结合形成纳米粒子。岩藻聚糖硫酸酯对多种正常细胞及动物均无毒副作用，是一种安全的生物原料，其衍生产品已被用作膳食补充剂、保健品、营养化妆品等，用于维持机体健康和对抗疾病。以岩藻聚糖硫酸酯为原料的纳米运载体系进入体内后不仅很少引起毒副反应，而且由于岩藻聚糖硫酸酯自身的抗氧化、抗炎、抗肿瘤等活性，还可辅助所运载的活性物质发挥作用，提高疾病控制率。
山东省科学院生物研究所的刘雪、贾爱荣*和好当家集团有限公司的鞠文明等从铜藻（Sargassum horneri）中提取得到岩藻黄质及岩藻聚糖硫酸酯，构建基于岩藻聚糖硫酸酯的负载岩藻黄质的pH值敏感性纳米运载体系，测定纳米粒子在模拟胃、肠液中的稳定性、岩藻黄质负载率的变化，获得在模拟胃液中稳定而在模拟肠液中裂解、可实现岩藻黄质在胃肠道环境下高效递送的纳米粒子，为pH值敏感性药物载体的研究提供参考。 从铜藻藻粉中经甲醇提取得到岩藻黄质，得率为0.38 mg/g。根据HPLC测定结果绘制岩藻黄质标准品质量浓度-峰面积标准曲线，y=1.325x＋1.190 1（R2=0.997 1），其中y为峰面积（mAU），x为岩藻黄质质量浓度/（μg/mL），计算可得铜藻岩藻黄质的纯度为13.57%。 从铜藻中提取得到粗多糖，经DEAE-Sepharose Fast Flow阴离子交换色谱柱分离纯化，收集0.5 mol/L洗脱组分，如图1所示。如表1所示，岩藻聚糖硫酸酯的分子质量约为342 kDa，是一种高分子质量多糖。理化性质测定结果表明，岩藻聚糖硫酸酯总糖质量分数为52.45%，蛋白质量分数为7.96%，糖醛酸质量分数为9.25%；硫酸基质量分数为19.26%，说明岩藻聚糖硫酸酯是1 种高硫酸化多糖。单糖组成测定结果表明，岩藻聚糖硫酸酯由岩藻糖、半乳糖、甘露糖、葡萄糖醛酸和木糖5 种单糖构成，单糖组成复杂，其中岩藻糖和半乳糖含量最高。岩藻聚糖硫酸酯含有大量硫酸基团和岩藻糖，表明其为岩藻聚糖硫酸酯的一种。 
以铜藻岩藻聚糖硫酸酯和壳聚糖为原料，按照不同比例制备纳米粒子。测定纳米粒子的红外光谱评价岩藻聚糖硫酸酯和壳聚糖的结合状态。以岩藻聚糖硫酸酯-壳聚糖质量比1∶1的纳米粒子为例（图2），红外光谱显示了壳聚糖和岩藻聚糖硫酸酯的特征吸收峰，1 640 cm-1处为壳聚糖酰胺基C＝O的伸缩振动吸收峰，1 560 cm-1处为壳聚糖N-H的弯曲振动吸收峰，1 250 cm-1为岩藻聚糖硫酸酯硫酸基的S＝O伸缩振动吸收峰，表明壳聚糖与岩藻聚糖硫酸酯之间存在非共价相互作用，结合状态良好。
如表2所示，纳米粒子的粒径为360～430 nm，Zeta电位为26～31 mV，PDI为0.23～0.27，本实验制备的纳米粒子均匀稳定。岩藻聚糖硫酸酯复合率在87%～90%之间，表明岩藻聚糖硫酸酯和壳聚糖复合较好。岩藻黄质负载率为87%～91%，表明纳米粒子对岩藻黄质的包裹效果较好。
如图3～5所示，在第0、1、2、4、6小时，纳米粒子的粒径约为400 nm，岩藻聚糖硫酸酯复合率约为80%～90%，岩藻黄质负载率约为80%～90%。与初始状态相比，粒径没有数量级上的改变，变化不大，说明纳米粒子在模拟胃液中未发生膨胀；岩藻聚糖硫酸酯复合率、岩藻黄质负载率虽然有所降低，但仍保持在80%以上，说明纳米粒子未发生裂解，因此，纳米粒子在模拟胃液中稳定性较高。
如图6～8所示，粒径在1 h后增至2 μm左右，变化较大，表明纳米粒子发生膨胀；岩藻聚糖硫酸酯复合率、岩藻黄质负载率均显著降低，比例为1∶1时，降低最明显，表明纳米粒子发生裂解。研究表明，在碱性条件下，岩藻聚糖硫酸酯-壳聚糖纳米粒子不稳定，这是因为碱性环境中壳聚糖质子化消失，岩藻聚糖硫酸酯和壳聚糖之间的正负离子交联作用下降。根据上述结果可知，3 种纳米粒子在模拟胃液中保持稳定，在模拟肠液中裂解，可实现岩藻黄质在胃肠道中的高效递送，比例为1∶1时，效果最明显。
从铜藻中制备得到岩藻黄质和岩藻聚糖硫酸酯，为实现岩藻黄质在胃肠道中的高效递送，防止岩藻黄质进入肠道之前在胃中分解，以岩藻聚糖硫酸酯和壳聚糖为原料，按照岩藻聚糖硫酸酯-壳聚糖质量比0.6∶1、0.8∶1、1.0∶1构建负载岩藻黄质的纳米粒子。测定纳米粒子在模拟胃、肠液中粒径、岩藻聚糖硫酸酯复合率、岩藻黄质负载率的变化评价其在胃肠道中的稳定性，结果表明，3 种纳米粒子在模拟胃液中粒径、岩藻聚糖硫酸酯复合率、岩藻黄质负载率的变化不大，在模拟肠液中，粒径显著增大，岩藻聚糖硫酸酯复合率、岩藻黄质负载率显著降低，比例为1∶1时，效果尤其明显，说明纳米粒子在模拟胃液中稳定，而在模拟肠液中裂解，是一种pH值敏感性纳米载体，可实现岩藻黄质在胃肠道中的高效递送。本实验可为pH值敏感性药物载体的研究提供参考。
本文《基于铜藻岩藻聚糖硫酸酯的负载岩藻黄质纳米粒子制备与分析》来源于《食品科学》2023年44卷第12期95-101页，作者：刘 雪，鞠文明，徐静沂，张绵松，崔婷婷，都红芳，徐振鲁，刘昌衡，贾爱荣。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221102-019。
