利用动力学和荧光分析方法确定绿茶儿茶素与多糖基质之间的复合物形成

《International Journal of Biological Macromolecules》：Determination of complex formation between green tea catechins and polysaccharide matrices by using kinetic and fluorescence analysis

包埋技术提高绿茶多酚稳定性研究：采用麦芽糊精与阿拉伯胶混合多糖体系通过喷雾干燥制备包埋复合物，发现10:90比例时包埋效率最优，荧光分析证实阿拉伯胶更高效形成稳定复合物，混合多糖体系较单一成分提升包埋效率。研究揭示了多糖与多酚的化学相互作用机制及热氧化动力学特性，为功能性食品和医药材料的开发提供新策略。

　　

作者：Yanovskiy Matvey Dmitrievich, Lomovskiy Igor Olegovich

俄罗斯科学院西伯利亚分院固态化学与机械化学研究所（ISSCM SB RAS），地址：Kutateladze街18号，新西伯利亚市，新西伯利亚州，630128，俄罗斯

摘要

本研究重点探讨了将绿茶中提取的儿茶素封装到生物聚合物基质中，以提高其稳定性并保持抗氧化活性。儿茶素在暴露于大气氧气、高温和光照等环境因素时不稳定，这大大限制了其在食品和制药行业的应用范围。为解决这一问题，采用了喷雾干燥法将儿茶素封装到基于多糖（麦芽糊精（MD）+阿拉伯胶（GA）的体系中。制备了不同比例（MD：GA）的多糖混合物与绿茶提取物组成的封装复合物（ECs），其中MD：GA比例为10:90的EC对儿茶素的保护效果最佳。荧光分析表明，在水溶液中，阿拉伯胶与模型化合物焦性儿茶酚形成的复合物效率更高。与单独使用多糖封装相比，混合生物聚合物体系的封装效率更高。

引言

儿茶素属于黄酮类化合物，具有广泛的生物活性，包括抗氧化、抗炎和抗癌作用[1]。这些化合物是绿茶（Camellia sinensis）中的关键生物活性成分，由于其益处，在传统医学中有着悠久的应用历史。表没食子儿茶素（EGC）、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）和表儿茶素没食子酸酯（ECG）是绿茶中最主要且含量最多的儿茶素[2]。然而，尽管儿茶素具有显著的治疗潜力，但它们在暴露于氧气、光照、温度和pH变化等环境因素时仍不稳定，这种不稳定性限制了其在食品、化妆品和制药行业的实际应用[3]。因此，开发有效的稳定技术以保持儿茶素的功能特性具有重要意义[4]。 封装是一种非常有前景的技术，可以保护易降解的生物活性化合物。通过封装，可以将活性成分包裹在保护性基质中，制成微胶囊或纳米胶囊[5]。喷雾干燥是一种高效的制备粉末产品的工艺，能够获得具有良好的物理和功能特性的产品。该方法是将含有生物活性化合物和聚合物载体的溶液雾化后喷入热空气中，从而快速蒸发溶剂并形成微胶囊[6]。 麦芽糊精（MD）是一种几乎线性的多糖，聚合度较低，能够为活性成分的液滴或颗粒形成坚固的保护壳。多项研究证实了这一点[7]，例如使用麦芽糊精作为封装剂时，表儿茶素的封装效率可高达92%。由于麦芽糊精在水溶液中的粘度较低、成本效益高、甜度适中且易于控制粒径，因此常用于喷雾干燥封装[8]。 阿拉伯胶（GA）是一种支链更复杂的多糖，能够在液滴表面形成稳定的乳液和保护膜，这对保护多酚免受氧化和降解尤为重要[9]。阿拉伯胶常用于在酸性介质中封装单萜类化合物，也常用于封装葡萄多酚、小檗花青素等[10]。 封装多酚是一种提高其在食品中生物利用率、稳定性和功能特性的有效方法。例如，在最近的一项研究中[9]，封装后的CSP（奇亚籽7天芽酚提取物）显示出比未封装的CSP更高的稳定性、生物利用率、抗菌和抗糖尿病活性。其他类似的研究[10]也证实了将生物活性物质封装到多糖基质（特别是麦芽糊精和阿拉伯胶）中的可行性。这种封装方法还能提高Tamarindus indica种子/种皮中的多酚抗氧化剂的稳定性和生物利用率。 本研究旨在比较儿茶素在自由状态下和在不同多糖基质组成的EC中加热时的氧化稳定性，并评估这些多糖与溶液中多酚形成复合物的能力。本研究的新颖之处在于，我们利用荧光分析方法研究了多糖基质与封装儿茶素之间的化学相互作用及复合物的形成过程，并通过伪一级反应模型以及一些异相拓扑化学反应模型描述了封装儿茶素的氧化过程。 因此，本研究展示了使用基于多糖混合物的封装基质进行喷雾干燥封装儿茶素的潜力。我们的发现可能为开发具有增强物理化学和生物特性的功能性添加剂和材料开辟新的途径，从而显著拓宽儿茶素在各行业的应用范围。

试剂与材料

实验所用原料为Ahmad Tea绿茶的干燥叶片（符合国家标准GOST 32574-2013）。我们测试了几种不同品牌的绿茶作为儿茶素的商业来源，提取后获得的儿茶素含量基本相同，且品牌对儿茶素含量的影响不大。选择Ahmad Tea绿茶叶片是基于其受欢迎程度和可靠性。 作为封装剂使用了以下化学物质：麦芽糊精（CAS……）

封装程度

当EC溶解在70%乙醇中时，封装的儿茶素会释放出来并完全溶解在溶液中，而在水中则保持封装状态。封装程度用公式（1）进行描述并分析了我们的样品[13]： $\text{封装程度}\left(\mathrm{DoE}\right)=\frac{N_{\text{总}}?{\mathrm{N<mtext>游离</mtext>}}_{}}{{\mathrm{N总}}_{}}$

表1显示，所有多糖基质对儿茶素的封装效果均良好，其中阿拉伯胶的封装效果略优。

扫描电子显微镜（SEM）观察

EC粉末是通过喷雾干燥制备的；

结论

通过对儿茶素氧化动力学的分析，发现MD/GA（10:90）比例的EC在儿茶素稳定性方面具有最佳参数，这一点通过其氧化降解的动力学参数得到了验证。 对于最佳EC，在144°C时，儿茶素的氧化速率常数降低了约六倍（根据Erofeev模型的活化能估算）。

CRediT作者贡献声明

Yanovskiy Matvey Dmitrievich：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、数据验证、资源管理、方法论设计、实验实施、数据分析、概念构思。 Lomovskiy Igor Olegovich：数据验证、项目监督、方法论设计、资金筹措、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。