姜酚的提取纯化、活性研究及输送体系构建初探

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姜在我国具有悠久的使用历史,是药食同源的代表,其中姜酚(Gingerols,GRs)是其主要的活性成分,具有广泛的生理活性和药理性能。目前关于姜酚的研究主要集中在其生物活性方面,但关于其高效提取、纯化制备和其运送体系构建的研究较少。为了姜酚更好的开发利用,本文采用非热的脉冲电场技术(Pulsed electric field,PEF)对姜酚提取过程进行优化,从而获得更高的收率和更好的提取物质量,并利用大孔树脂进行富集和纯化。对三种主要姜酚成分(6-姜酚、8-姜酚和10-姜酚)的抗氧化性和抑制黄嘌呤氧化酶(Xanthine oxidase,XOD)的能力进行测定,其中XOD酶是一种将黄嘌呤催化成尿酸并最终导致痛风的关键酶,该项工作为新的抗氧化剂和抗痛风药以及功能性食品的开发提供指导。最后以牛血清蛋白(Bovine serum albumin,BSA)为载体构建姜酚的输送体系,以提高姜酚溶解度、稳定性和生物利用率,拓宽姜酚的应用前景。主要研究结论如下:(1)对比不同提取方法(传统溶剂浸提法、超声辅助提取法、索氏提取法、脉冲电场辅助提取法)对姜酚得率的影响,选择PEF作为最有效的提取技术,姜酚提取量高达13.36 mg/g。通过单因素和响应面实验设计,获得最佳工艺优化参数:脉冲宽度为19μs,脉冲次数为22,电场强度为2.0 k V/cm,姜酚提取量为14.69±0.46 mg/g,与传统溶剂浸提法相比,提取率提高了70.13%。(2)在5种大孔树脂中,AB-8树脂对GRs表现出最佳的吸附和解吸能力。吸附的动力学和等温线描述了吸附过程为多分子层吸附行为,模拟得到平衡吸附量为37.83mg/g;研究三种因素对解吸效果的影响,得到优化的解吸条件为p H 6.0、80%乙醇体积和洗脱时间3 h;最后在已优化的吸附条件和解吸条件下,进行动态纯化,相比于未纯化前,三种姜酚(6-姜酚、8-姜酚和10-姜酚)的纯度分别提高了2.7倍、4.3倍和5.48倍。(3)对三种姜酚的抗氧化活性和抑制XOD酶能力进行测定,10-姜酚展现最强的抗氧化活性和抑制XOD酶的能力,IC50(DPPH)、IC50(ABTS)值和IC50(XOD)分别为0.349±0.012 m M、0.065±0.002 m M和6.88±0.11μM。其中姜酚对XOD酶的抑制是可逆的混合竞争抑制,抑制机制包括两条途径,一是姜酚与游离的酶结合,二是姜酚与酶-底物复合物结合抑制尿酸的产生。(4)三种姜酚和BSA的摩尔比为4:1时,载药量最大,分别为13.72±0.39 mg/g、15.70±0.29 mg/g和18.70±0.58 mg/g,其中BSA对10-姜酚的装载效率最高。对原蛋白和蛋白/姜酚复合物的形态结构进行观察,与原BSA相比,BSA/GRs的粒径由449.4±1.89增加到743.8±4.31 nm,PDI由0.269±0.013增加到0.387±0.023,表面疏水性由591.2±0.7降低到483.85±0.9,蛋白二级结构收缩。FTIR和TGA结果证实GRs与BSA结合作用。通过荧光光谱和分子对接技术对结合模式和行为研究发现:三种姜酚对BSA的猝灭机制属于静态猝灭,结合亲和力中等,结合常数Ka值为0.594-6.853×10~4mol/L,相互作用主要发生在BSA的ⅡA亚域中,主要作用力是疏水作用同时也伴随少量氢键。(5)BSA/GRs复合物提高姜酚的溶解度、抗氧化活性和稳定性,并且对姜酚具有持续控制的缓释作用。其中10-姜酚的性能改善效果最佳。溶解度提高了23.50倍,抗氧化活性增强了30%以上,在80℃下热稳定性由5.06%提高到16.45%,消化保留率达69.71%。因此,BSA是姜酚的有效输送载体,为姜酚的开发应用提高理论基础。
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