河南科技大学食品与生物工程学院的韦倩倩、樊金玲*、朱文学等人着重研究了植物糖原(PG)、Qu、体系pH值和盐对Qu表观溶解度、负载能力、负载效率的影响规律;在此基础上,进一步研究了PG-Qu复合物的抗氧化活性和癌细胞抑制能力;并采用动态激光光散射法、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外变换光谱(FTIR)仪、X射线衍射(XRD)仪对PG-Qu复合物的粒径、形貌、分子相互作用等结构表征进行了分析。
1、不同因素对PG负载Qu的影响
结果可知,当体系中不存在PG时,由于Qu的溶解度很低,吸光度小于本实验检测方法的最低检测限(分光光度法),无法测得准确数值。当PG质量浓度在1~5?mg/mL范围内,Qu表观溶解度随PG质量浓度增大而显着增大;随后继续提高PG质量浓度,表观溶解度不再增加。PG对Qu的负载效率的影响呈类似规律,而负载能力则随PG质量浓度增大呈现减-增-减的变化趋势。当PG质量浓度为5?mg/mL时,表观溶解度、负载能力和负载效率达到最大值,分别为47?μg/mL、9.49?μg/mg和78.33%。
Qu质量浓度在1~6?mg/mL范围内,Qu表观溶解度和负载能力随Qu质量浓度增大而显着增大,表观溶解度提高了5.37 倍 ,负载效率无显着变化(70.98 %~79.88 %) ;随后继续提高Qu质量浓度至8?mg /mL,表观溶解度、负载能力和负载效率均呈逐步下降趋势。由于负载体系中Qu处于过饱和状态,同时存在Qu分子相互聚集生成沉淀以及Qu与PG分子相互作用生成可溶性PG-Qu复合物两个过程,彼此竞争;因此,当Qu质量浓度较小时(小于6?mg/mL),体系中存在的PG分子数量足以用于负载Qu,即形成可溶性复合物的过程占优势。
当溶液pH值从2增至6时,Qu的表观溶解度未发生显着变化;pH值从6增至8时,Qu的表观溶解度提高了3.9 倍。负载效率和负载能力呈类似变化规律,最大值分别可达75.82%、9.19?μg/mg。据报道,Qu的—OH的去质子化顺序为4’—OH、7—OH、3—OH、3’—OH、5—OH,对应的pKa分别为6.41、7.81、10.91、11.53、12.91,Qu在pH?5以下的酸性环境中不会发生去质子化。
2、PG负载对Qu抗氧化活性的影响
Qu组和PG-Qu组样品的总还原力和羟自由基清除能力均呈现良好的量效关系;当Qu质量浓度相同时,PG-Qu组样品的总还原力和羟自由基清除能力高于前人报道的Qu/二氧化硅纳米粒、Qu/壳聚糖纳米粒与Qu相比,对羟自由基和O2-·的清除作用有所提高的结果相同。
3、PG负载对Qu抑制癌细胞效果的影响
不同组中,Qu对MCF-7细胞和A549细胞的抑制作用均呈剂量依赖性;细胞培养过程中,Qu浓度为20~100?μmol/L时,各组对这两种细胞的抑制率从大到小均依次为Qu/DMSO组>PG-Qu组>Qu/H2O组,且组间差异显着。表明PG负载Qu后能显着提高Qu对MCF-7细胞和A549细胞增殖的抑制作用。
4、PG-Qu复合物的结构表征结果
PG-Qu复合物的粒径分布及Zeta电位
PG的平均粒径约为71.51?nm;不同质量浓度PG负载Qu得到PG-Qu复合物的粒径与PG相比无显着变化,均在68~72?nm之间;PG和PG-Qu复合物粒径的PDI均小于0.15,表明PG和PG-Qu复合物粒径分布均匀;PG的Zeta电位为-4.12?mV,负载Qu后PG-Qu的Zeta电位显着下降至约-10?mV,推测可能因为在负载条件下(pH?7.74)PG带负电荷,而Qu的羟基发生去质子化使Qu呈电负性,故PG负载Qu后所带负电荷显着增加。
TEM分析结果
PG表现为分布均匀、表面光滑的球形结构,直径约30~50?nm,与前人采用TEM测定PG纳米粒的粒径结果相近。PG-Qu复合物形貌与PG相比无明显变化。TEM成像所测粒径小于采用激光粒度仪测定的平均粒径(68~72?nm)。
FTIR结果
在PG的光谱中,峰位3?368?cm-1出现一宽峰,为—OH的伸缩振动。在Qu的光谱中,3?312?cm-1处的峰为—OH的伸缩振动峰,1?664?cm-1处为C环上的—C=O的伸缩振动峰,1?612?cm-1处为C环上的—C=C的伸缩振动峰,1?512?cm-1和1?560?cm-1处的峰分别为Qu的A环和B环的苯环特征振动峰。在Qu与PG的物理混合物光谱中,上述Qu的特征吸收峰均存在;其中,1?664?cm-1处的-C=O伸缩振动峰移至1?662?cm-1处,1?560?cm-1的峰移至1?559?cm-1。
XRD结果
Qu在衍射角(2θ)13.18°、16.85°、22.04°和26.70°处有明显的衍射峰存在,表明其为晶体结构;PG不是晶体,故其衍射光谱中没有明显衍射峰;Qu衍射峰在Qu与PG物理混合物的衍射图谱中基本上都存在,表明Qu以晶体形式存在于混合物中;PG-Qu复合物衍射图谱中所有衍射峰都消失,表明PG-Qu中Qu几乎以无定形的状态存在。
结 论
综合以上可得出,PG是一种高效的载体,可显着提高Qu的表观溶解度,同时可提高Qu的抗氧化性和癌细胞抑制作用,因此有望被应用于功能食品中以促进Qu的药理作用。