通过喷雾干燥技术，提高生物活性物质利用率

喷雾干燥作为一种优良的干燥和造粒技术，已广泛应用于生物活性物质的包封，尤其是难溶性生物活性物质的包封。此外，喷雾干燥过程中的热热传导过程和水分迁移会影响原始物质的结构，导致致密结构的形成。这一特性使得喷雾干燥特别适合于制备多元复合物，喷雾干燥形成的复合物将显著改善生物活性物质功能。姜黄素是疏水性多酚类物质的常用代表，具有多种生物活性，包括抗炎、抗癌和抗菌等特性，但具有较差的水溶性（11 ng/ mL），生物利用率差。研究表明，通过构建三元复合物递送体系提高姜黄素的水溶性和生物利用率。

下面分享杨伟老师最近发表在杂志“Food Research International 131 (2020)”的研究文章：

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摘要：

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属性，近年来越来越受到人们的关注。在这些三元复合物中，多酚（无论是疏水性还是亲水性）被有效负载并防止降解，蛋白质-多酚-多糖非共价三元体系复合物被认为是稳定乳液、泡沫和胶体体系的新型壁材。文中研究了分别通过自组装技术和喷雾干燥技术成功地开发出基于乳铁蛋白（LF）、燕麦β-葡聚糖（OG）和姜黄素（Curcumin，Cur）三元复合物颗粒和基于燕麦β-葡聚糖的澄清型疏水性多酚运载体系水溶液体系。上述递送体系可有效的应用在食品、制药、化妆品等领域中。

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实验结果表明：

喷雾干燥可以提高乳铁蛋白、燕麦β-葡聚糖和姜黄素分子间的缔合程度从而形成粒径较小、浊度较低的三元配合物。

姜黄素可以通过分子间相互作用（主要是疏水相互作用和氢键）负载在乳铁蛋白-燕麦β-葡聚糖（LF-OG）络合物中形成无定形态复合物。

三元复合物可作为潜在的乳化剂稳定水包油乳液。以物理稳定性能力比较，复合物的排列顺序为：喷雾干燥三元复合物>喷雾干燥乳铁蛋白-燕麦β-葡聚糖（LF-OG）复合物>自组装三元复合物>自组装LF-OG复合物。燕麦β-葡聚糖三元复合物的结构和功能性质，如乳化性质可以通过调节其混合顺序来控制。

使用喷雾干燥技术制备的三元复合物有效改善了活性物料溶解性能，实验过程中采用XRD,FTIR等多种方法分析探讨可能的作用机制，详见图1至图6。

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溶液制备：

使用去离子水制备乳铁蛋白（LF）母液，浓度3.2% （w/v）

使用去离子水制备燕麦β-葡聚糖(OG)水溶液（1.8%，w/v）

将姜黄素（Cur）溶解于无水乙醇中，制备浓度4.0mg/mL的储备溶液，用于以制备Cur负载的LF-OG络合物。

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自组装技术制备复合物溶液：

采用三种不同的加入顺序方法来制备复合物溶液：

乳铁蛋白（LF），燕麦β-葡聚糖(OG)，姜黄素（Cur）

最终溶液按制备方法M1/M2/M3分别命名为Self–LGC I，Self–LGC II 和 Self–LGC III，LGCS表示三元复合物体系，LGs 代表L F–OG复合物。

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喷雾干燥技术制备三元复合物：

自组装对照Self–LGs 和 自组装三元复合物Self–LGCs 溶液通过瑞士步琦小型喷雾干燥仪B-290进行喷雾干燥。

B-290主要参数：

喷嘴规格：二流体

喷嘴孔径：0.7mm

加热温度：130°C   

出口温度：69 ± 1 °C  

进料速度：25%（约6ml/min）

雾化气流速：500 L/h

粉末收集：旋风分离器

粉末后续处理：无

喷雾干燥获得的复合样品添加乙醇溶解，使LF浓度与自组装样品相同（5%，v/v ）。缩写Spray–LGCs代表复溶样品，Spray–LGC I, Spray–LGC II 和 Spray–LGC III分别代表了三种前期制备方法M1，M2和M3。

图1. Visual observations of Self-LG and Self-LGCs (a) and Spray-LG and Spray-LGCS (b).

自组装对照组，三元复合物溶液和喷雾干燥复溶对照组，三元复合物溶液澄清度对比，三元复合物Spray-LGCⅠ溶液为较为澄清的黄色溶液，表明几种物质结构有差异。 

图2. The particle size (c), PDI (d), turbidity (e) and ζ-potential (f) of Self-LG, Self-LGCs, Spray-LG, and Spray-LGCs.

自组装三元复合物溶液和喷雾干燥复溶三元复合物溶液的颗粒粒径、分散系数、浊度和电位图显示：相比同组自组装复合物样品，喷雾干燥三元复合物粒径明显变小，同时粒径分布窄，显示出更低的浊度。而且，喷雾干燥样品溶液的ζ-电位值较自组装样品有较大的提高，说明胶体溶液更稳定。

图3 Fluorescence spectra of LF in Self-LG and Self-LGCs (a) and Spray-LG and Spray-LGCs(b). Fluorescence spectra of Cur in Self-LGCs (c) and Spray-LGCs (d).

相比自组装样品，喷雾干燥Spray–LG/LGC中乳铁蛋白（LF）的荧光强度增加到一个更高的值，并有一个小的红移（在347nm处）（图a,b）,这种差异可能是由于喷雾干燥后复合物的热变性和部分去折叠所致。在c,d图中可以看出，姜黄素水溶液中的荧光强度非常弱，但姜黄素的自组装和喷雾干燥复合物，荧光强度都有较大提升，最高峰发生了蓝移。与LG复合物对照组相比，三元复合物的荧光强度下降，且最高峰发生明显蓝移，证实存在氢键作用。

图4. Optical microscopy images of Cur, Self-LG, Self-LGCs, Spray-LG and Spray-LGCs.

光学显微镜下的图像显示：姜黄素有针状形态晶体，经自组装技术和喷雾干燥处理后，不再有针状晶体。自组装样品可见部分较大的球形颗粒，而喷雾干燥样品显示出许多粒径细小的球形的颗粒。因此，喷雾干燥极大地改变三元复合物的形态和大小。

图5. XRD patterns of Cur, Self-LG and Self-LGCs (a), and Cur, Spray-LG and Spray-LGCs (b).

XRD衍射图显示：姜黄素是以无定形态分散在自组装和喷雾干燥三元复合物中，但喷雾干燥复合物的两处宽峰吸收相对较弱。

图6. FTIR spectra of Cur (a), Self-LG and Self-LGCs (b), and Spray-LG and Spray-LGCs (c).

FTIR图显示：姜黄素的特征吸收峰在复合物红外光谱图中都无找到，乳铁蛋白、燕麦β-葡聚糖和姜黄素存在分子间的疏水相互作用力。峰位和强度的不同，说明了自组装和喷雾干燥复合物的氢键作用力的不同。

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参考文献：

Wei Yang，Xinhong Liang，etc., Structures, fabrication mechanisms, and emulsifying properties of selfassembled and spray-dried ternary complexes based on lactoferrin, oat β-glucan and curcumin: A comparison study. Food Research International 131 (2020) 109048

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