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维生素A缺乏症(VAD)主要是由于VA和VA原物质摄入不足引起的。在世界范围,特别是低收入国家人群中VAD有广泛的分布。β-胡萝卜素(β-胡萝卜素)是理论VA活性最高的VA原。但由于β-胡萝卜素的水溶性较差且具有共轭多烯结构,导致其化学稳定性差、胃肠道生物可给率低,极大地限制了β-胡萝卜素作为VA补充剂的应用范围和效果。将β-胡萝卜素包埋进合适的载体是目前提高其稳定性、表观溶解度和生物有效性的常用方法,但由于β-胡萝卜素在几乎所有溶剂中溶解度都较低,高载量载体制备一直是其载体化的难点。基于此,本课题探讨采用高温熔融法制备高载量Β-胡萝卜素微胶囊,通过对微胶囊配方(芯材、壁材和芯壁比)及制备工艺(熔融、乳化及喷雾干燥)进行优化,探讨影响微胶囊载量及物理化学稳定性的因素;同时,以构建适合于评价高载量微胶囊Β-胡萝卜素生物利用率的动物实验模型和体外消化模型为基础;系统分析了影响高温熔融法微胶囊(MO)和晶体法微胶囊(CW)中β-胡萝卜素生物利用率的关键因素——β-胡萝卜素物理状态、油脂存在状态、粒径因素和剂量。为高载量、高稳定性和高生物利用率β-胡萝卜素递送系统的构建提供理论指导。主要研究内容和结果如下:熔融法高载量β-胡萝卜素微胶囊的制备:以实现MO微胶囊β-胡萝卜素的高载量、高包埋效率和长期储藏稳定为目标,以提高油相自身抗氧化能力、壁材氧气阻隔能力和壁材自身抗氧化性为手段,优化高载量β-胡萝卜素微胶囊的配方及制备工艺。研究表明:与传统反应釜加热法相比,采用180℃盘管瞬时熔融工艺可在将油相中的β-胡萝卜素转变成无定型态的同时,有效降低熔融过程中产生的降解和异构化现象,β-胡萝卜素的熔融保留率达到80%;油相中添加5%生育酚可显著提高β-胡萝卜素的氧化稳定性,而在以OSA淀粉为基质的壁材中添加1.5%抗坏血酸可有效提高壁材自身的抗氧化能力;小分子填充壁材蔗糖的使用可显著提高壁材的氧阻隔能力,当蔗糖与OSA淀粉的比例达到和超过3:7时,差示量热扫描和拉曼共聚焦试验共同表明,壁材发生相分离现象,致密的外蔗糖相的形成可显著提高壁材的氧阻隔能力;扫描电镜SEM图像分析显示微胶囊粉末在高能电子束轰击下塌陷的概率亦随蔗糖添加比例的升高逐渐下降,当蔗糖与OSA淀粉比上升至2:1时,微胶囊呈圆形葡萄串状,粉体结构完整,壁材致密。采用优化的复配芯材和壁材以1:3的比例混合,可实现MO微胶囊中β-胡萝卜素载量3.7%,包埋效率96%,在60度烘箱下储藏30天,仍具有99%以上的保留率。高载量β-胡萝卜素微胶囊中β-胡萝卜素生物有效性评估模型的建立:对常用的体外静态模拟胃肠道消化模型和VAD动物实验模型进行评估方式和评估指标的优化,以准确评估β-胡萝卜素摄入带来的机体VA补充、累积效率以及对VAD的防治效果。以一种近交系Balb/C小鼠为实验动物,采用VA缺乏饲料构建VAD模型。结果表明:单次灌喂后24小时β-胡萝卜素血液药代动力学测定和肝脏急性/积累β-胡萝卜素浓度等方法不能有效定量表征β-胡萝卜素的VA补充效率;采用无VA源饲料持续饲喂后,小鼠的肝脏和血液VA水平随饲养时间降低,四周后血清平均VA当量(RAE)浓度降至0.1 mg/L以下,达到啮齿动物VAD状态;两种高载量β-胡萝卜素微胶囊的摄入均能够有效地提高小鼠的VA肝脏积累水平,防止小鼠转变为VAD状态,以VAD动物的肝脏β-胡萝卜素及代谢产物——视黄醇衍生物的综合RAE积累效率为指标可有效定量评估β-胡萝卜素微胶囊的生物有效性。以动物模型生物有效性评估结果为参照,对体外静态消化模型进行评估,结果表明:采用传统的模拟胃肠道消化模型,以小肠阶段β-胡萝卜素胶束化效率为指标可一定程度有效预测MO微胶囊的体内生物利用率,但该评估方法测定得到的晶体法β-胡萝卜素微胶囊CW的生物可给率(0.29%)远低于动物实验的结果。改变体外消化的剪切条件,施加额外的剪切和增大摩擦表面积以模拟生理条件下胃肠道的乳化、剪切作用,可使熔融法和晶体法β-胡萝卜素微胶囊的体外胶束化转运效率与MO和CW体内生物利用率匹配。微胶囊中β-胡萝卜素物理状态及共存油脂对β-胡萝卜素生物利用率的影响:除MO、CW外另引入两种高载量β-胡萝卜素微胶囊——未熔融乳液型微胶囊(晶体分散于油相,CO)和晶体乳液法微胶囊(晶体和赋形乳共包埋于壁材,CE)。动物实验结果表明:四种β-胡萝卜素微胶囊均表现出一定程度的改善小鼠的肝脏VA状态,肝脏VA积累效率趋势为:CE>CW>MO>CO,β-胡萝卜素累积生物有效性分别达到68.6%,51.7%,46.7%和15.5%;同时,四种微胶囊在模拟剪切条件下消化生物可给率与动物试验肝脏VA积累效率具有相同的趋势。CE,MO和CO三种含油型微胶囊的生物可给率与模拟消化体系中油脂的消化程度呈正相关;当β-胡萝卜素存在于油脂中时,小鼠肝脏VA积累量随β-胡萝卜素/油比例的减小而增大,β-胡萝卜素/油比例上升所导致的油相黏度迅速上升以及乳化壁材被消化所带来的油滴粒径迅速上升是导致油脂的消化程度和β-胡萝卜素的胶束化效率下降、生物可给率下降的主要诱因。当β-胡萝卜素相对于油滴独立存在时,油脂消化不受β-胡萝卜素的干扰,较高的油脂消化程度提高了胶束相的β-胡萝卜素容量,是CE具有高的β-胡萝卜素生物有效性的主要原因。CW型微胶囊的体外胶束化效率随着体系内剪切强度的增大而增大;显微镜观察和粒径试验结果表明,在剪切力的作用下,β-胡萝卜素晶体结构被破坏,粒径降低,增大了β-胡萝卜素颗粒的比表面积,提高了β-胡萝卜素在胆盐胶束相中的增溶效率。影响高载量β-胡萝卜素微胶囊中β-胡萝卜素生物有效性的粒径和剂量因素分析:基于已证实的β-胡萝卜素胶束化效率与生物有效性相关性,选择具有较高且相近β-胡萝卜素生物有效性的三种高载量β-胡萝卜素微胶囊MO,CW和CE开展乳液粒径、晶体粒径、饲喂剂量对β-胡萝卜素生物利用率影响规律的研究。结果表明:降低乳液粒径和降低晶体粒径均能有效提高微胶囊的生物有效性,其中,低晶体粒径低乳液粒径CE型微胶囊具有最高的小鼠肝脏VA积累效率,在与阳性对照(视黄醇乙酸酯)相似VA摄入当量的条件下,取得了比阳性对照组(19.7%)更高的VA肝脏积累效率(27%,以β-胡萝卜素计)。高剂量灌胃时,三种微胶囊中β-胡萝卜素的生物有效性相对高低与低剂量下一致,随着灌胃剂量的增大,肝脏VA积累量显著增大,但生物利用率随之降低,小鼠的VA肝脏积累可在四周后达到健康小鼠的水平。该研究在实现三种高载量、高生物有效性β-胡萝卜素微胶囊制备的基础上,初步阐明了载体中β-胡萝卜素存在状态及共存油脂对β-胡萝卜素机体转运效率的影响机制,提出低粒径油脂共存条件下熔融和小粒径晶体β-胡萝卜素微胶囊都可作为潜在高效的VA补充剂。