菊糖衍生物的制備、表征、功能 及應(yīng)用研究進(jìn)展

黃桂穎,何琦怡,張炳杰,張 焜,*,趙肅清,*,王 佳,曾曉房,劉敏榮,洪麗冰

(1.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院,廣東廣州 510090; 2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)院,廣東廣州 510225; 3.廣東省食品檢驗(yàn)所,廣東廣州 510410)

菊糖是一種果聚糖型多糖,其主鏈?zhǔn)怯?2→1)糖苷鍵連接β-D-果糖殘基聚合而成,末端通常以(1→2)鍵合的α-D-葡糖殘基結(jié)束,該結(jié)構(gòu)被命名為GFn,其聚合度(DP)一般在2～60的范圍內(nèi)[1]。菊糖作為一種存儲(chǔ)碳水化合物,先后被發(fā)現(xiàn)存在于數(shù)千種植物中,如洋蔥、大蒜、蘆筍、小麥、黑麥、大麥和香蕉等。目前,菊糖的商業(yè)來(lái)源主要是菊科的菊苣(chicorium)根與菊芋塊莖(HelianthustuberosusL.)[2]。功能活性豐富是菊糖備受關(guān)注的原因之一。由于菊糖對(duì)人體無(wú)害,靜脈注射時(shí),不與血漿蛋白結(jié)合,能被腎臟自由過(guò)濾,其被用于稱為清除方法的腎衰竭測(cè)試[3]。菊糖因其β(2-1)糖苷鍵在上消化道里不被分解,能完整進(jìn)入腸道并被腸道微生物菌群發(fā)酵利用產(chǎn)生短鏈脂肪酸、丁酸鹽和丙酸鹽等功能性物質(zhì)而被稱為“益生元”[4]。菊糖能降低機(jī)體大腸致病菌數(shù)量,緩解便秘,預(yù)防及治療結(jié)腸癌[5]。菊糖的攝入有利于控制機(jī)體體重,降低低密度脂蛋白膽固醇含量,降低動(dòng)脈粥樣硬化的風(fēng)險(xiǎn)和心血管疾病的發(fā)病率。菊糖亦可調(diào)節(jié)人體免疫功能,控制炎癥,改善脂質(zhì)和葡萄糖代謝,對(duì)二型糖尿病有一定的治療作用[6]。通過(guò)增加人體所需礦物質(zhì)的吸收率,菊糖的攝入能減少機(jī)體骨質(zhì)疏松癥風(fēng)險(xiǎn)[7]。除了功能性原因被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥食品行業(yè)外,菊糖還因其物理特性被用于改善食品感官性質(zhì)上。低聚合度菊糖具有一定的甜度,常作為糖尿病人的代糖使用。高聚合度菊糖的流變特性使其作為脂肪替代物被廣泛用于食品加工中[3]。作為醫(yī)藥食品的無(wú)毒無(wú)色無(wú)味,生物可降解材料,菊糖降低疫苗在體內(nèi)的免疫應(yīng)激反應(yīng)同時(shí)保護(hù)了疫苗的穩(wěn)定性,是疫苗的良好佐劑[8]。菊糖與抗生素一起攝入,降低抗生素對(duì)腸道有益菌的不良影響[9]。

作為無(wú)毒,可生物降解和具有特殊功能特性的天然生物聚合物,菊糖在醫(yī)藥食品的材料中具有良好的應(yīng)用前景。然而,有限的溶解度與親和力限制了菊糖的應(yīng)用范圍。因此,菊糖衍生化技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注。化學(xué)衍生化法通過(guò)改變菊糖的結(jié)構(gòu),從而改善其物理化學(xué)性質(zhì)與生物活性。衍生化既改進(jìn)了菊糖骨架的特性包括親水性,疏水性,溶解度,反應(yīng)性和彈性,也增強(qiáng)了菊糖的抗氧化、抗炎和抗癌等活性。同時(shí),菊糖骨架的引入對(duì)于改善某些生物活性分子的熱敏性,光穩(wěn)定性,溶解性和靶向性亦存在積極的作用。科技的發(fā)展也促進(jìn)了菊糖衍生物表征方法從化學(xué)法發(fā)展到多種儀器法,豐富的表征手段給菊糖衍生物與其生物活性的構(gòu)效關(guān)系提供了更詳細(xì)的理論依據(jù)。近幾十年來(lái)關(guān)于菊糖衍生物的研究頗豐,包括了菊糖衍生物合成方法與表征,菊糖衍生物的活性,以及菊糖衍生物的應(yīng)用等三大類研究。通過(guò)對(duì)這三類研究的綜合分析,有助于研究菊糖衍生物的衍生方法、結(jié)構(gòu)表征與功能活性或者應(yīng)用之間的關(guān)系,是掌握菊糖衍生物開發(fā)利用新方向的重要依據(jù)。

1 菊糖的衍生化

1.1 功能基團(tuán)修飾菊糖

1.1.1 取代反應(yīng) 酰化。Arvind 等在真空和避水的條件下,以DMF為溶劑,加入菊糖、乙酸鈉和乙酸酐40 ℃反應(yīng)24 h后,得到菊糖乙酸酯[10]。應(yīng)用類似方法,可將乙酸酐替代成酯酰氯制備菊糖乙酸酯、菊糖琥珀酸酯、菊糖丙酸酯、菊糖月桂酸甲酯、菊糖肉豆蔻酸甲酯、菊糖棕櫚酸甲酯、油酸甲酯以及菊糖肉桂酸酯[11-15]。Grandtner和Rusu等將兩種酰氯同時(shí)加入反應(yīng)體系,分別制備得到菊糖甲基丙酸酯和月桂酸酯的混合酯,以及菊糖甲基丙烯酸酯和棕櫚酸酯的混合酯[16]。Han等分別用烷基鏈長(zhǎng)為C10、C12、C14和C16的脂肪酸酰氯在室溫和氫氧化鈉的催化下與菊糖反應(yīng),生成相應(yīng)的長(zhǎng)鏈菊糖酯[17]。Mooter和Vervoort等將菊糖溶于DMF中,加入DMAP后按需加入甲基丙烯酸縮水甘油酯,室溫反應(yīng)72 h后異丙醇沉淀反應(yīng)物得到菊粉甲基丙烯酸酯[18-20]。Castelli等在此基礎(chǔ)上制備了菊糖-甲基丙烯酸酯-琥珀酸酯(INU-MA-SA)。上述反應(yīng)產(chǎn)物菊糖甲基丙烯酸酯、琥珀酸酐和TEA溶于DMF中,25 ℃反應(yīng)24 h得到INU-MA-SA[21]。Pitarresi等分兩步制備了菊糖-琥珀酸酯-半胱氨酸(INU-SA-Cys)。首先,在氬氣下將適量的菊粉溶于無(wú)水DMF中,加入適量TEA和琥珀酸酐(SA),在25 ℃下反應(yīng)24 h,乙醚/丙酮沉淀反應(yīng)物得到INU-SA。然后,在室溫和氬氣環(huán)境下,在INU-SA水溶液里加入1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳化二亞胺(EDC),pH調(diào)4.75活化1 h,加入半光氨酸,在pH5.3下保持3 h后,調(diào)到pH8.0加入DL-二硫蘇糖醇反應(yīng)3 h得到INU-SA-Cys[22]。Janciauskaite等將菊糖琥珀酸酯溶于蒸餾水中,并加入EDC。將該溶液與一定比例的殼聚糖乙酸水溶液合并,在50 ℃反應(yīng)48 h得到菊糖-殼聚糖共聚物[23]。Morros等在加入十二烷基三甲基溴化銨(DTAB),pH8.5～9.0的水介質(zhì)中,使菊糖和2-辛烯-1-基琥珀酸酐(OSA)和2-十二碳烯-1-基琥珀酸酐(DDSA)反應(yīng)1 h,制備了中長(zhǎng)鏈菊糖烯基琥珀酸酯[24]。Sardo等兩步合成了菊糖-咪唑-二亞乙基三胺(INU-IMI-DETA)。首先把菊糖、4-咪唑乙酸鹽、DCC和DMAP置于DMF中,25 ℃反應(yīng)6 h得到INU-IMI。然后,把溶于DMSO的INU-IMI與雙(4-硝基苯基)碳酸酯(4-BNPC)混合物置于微波反應(yīng)堆里25 W照射1 h。接著在60 ℃以下,把DETA的DMSO溶液緩慢滴入混合物中反應(yīng)4 h,丙酮沉淀得到INU-IMI-DETA[25]。Hartzell等將甲?；畻钏崛苡贒MF中,緩慢加入羰基二咪唑,以及溶于DMSO的菊糖和TEA,反應(yīng)4 h后得到菊糖甲酰基氨基水楊酸酯[26]。胡云霞等分兩步把氨基吡啶基嫁接到菊糖。首先,在菊糖水溶液中加入氯乙酰氯,室溫?cái)嚢?2 h,丙酮沉淀得到氯乙酰菊糖。然后,把氯乙酰菊糖和吡啶或者氨基吡啶溶于DMF里,60 ℃下攪拌24 h,用丙酮沉淀得到氨基吡啶基菊糖[27]。

醚化。?ner等先將菊糖溶于去離子水中,加入氫氧化鈉和氯乙酸,混合物在60 ℃加熱1 h,降到室溫后加入乙醇沉淀得到羧甲基菊糖(CMI)[28]。CMI進(jìn)一步衍生為含有酰胺鍵的菊糖化合物Schoener等將CMI、N-羥基磺基琥珀酰亞胺(sulfo-NHS)和EDC制備了CMI-阿霉素綴合物。首先CMI、sulfo-NHS和EDC一起置于水中混合1 h,再加入阿霉素混合2 h得到菊糖-阿霉素綴合物[29]。Joshi等將CMI溶在一定比例的EDC和sulfo-NHS溶液中孵育1.5 h后,將銀-石墨烯量子點(diǎn)納米復(fù)合物中性懸浮緩沖液加入預(yù)備溶液中并放置過(guò)夜得銀-石墨烯量子點(diǎn)核心和羧甲基菊糖殼的核-殼結(jié)構(gòu)[30]。Sun等通過(guò)兩步制備了CMI-4-氨基苯硫酚聚合物(ATP-CMI)。適量的CMI溶于蒸餾水中,先用HCl轉(zhuǎn)化為其游離酸。然后加入一定比例的NHS和EDC?；旌? h后,加入4-ATP乙醇溶液,并在4 ℃在黑暗中攪拌過(guò)夜。用硼氫化鈉將pH再次調(diào)節(jié)至7。反應(yīng)混合物在乙醇中沉淀后得到CMI-ATP綴合物[31]。Rahul等在室溫下將菊糖分散在異丙醇中,將適量的氫氧化鈉和(3-氯-2-羥丙基)三甲基氯化銨加入到上述溶液中,并將混合物在50 ℃反應(yīng)6 h,然后把pH調(diào)節(jié)到7,經(jīng)丙酮沉淀得到2-羥丙基三甲基氯化銨菊糖[32]。Morros等將菊糖溶于水中,加入氫氧化鉀和硼氫化鈉,在25 ℃劇烈攪拌,80 ℃攪拌1 h,繼續(xù)加入溶于異丙醇的1,2-環(huán)氧十二烷反應(yīng)1 h后,冷卻到室溫,用5% HCl中和至pH6.00,經(jīng)透析,丙酮結(jié)晶處理后得到β-羥烷基醚化菊糖[33]。Ren等在25 ℃下,將一定量的NaOH加入菊糖水溶液。在室溫下攪拌后4 h,混合物在-20 ℃下結(jié)霜8 h,溫度升高到75 ℃,加入乙烯亞胺,在75 ℃下反應(yīng)16 h?；旌衔锝?jīng)甲醇沉淀得到O-(氨基乙基)菊糖[34]。

1.1.2 加成反應(yīng) Exerowa等在堿性催化劑叔胺作用下,異氰酸酯和菊糖反應(yīng)得到菊糖氨基甲酸酯[35]。同樣方法可制備菊糖月桂基氨基甲酸酯和菊糖氨基甲酯[36-37]。Rahul等以硝酸鈰銨為自由基引發(fā)劑,用微波輻射冷卻循環(huán)技術(shù)輔助菊糖與丙烯酰胺反應(yīng)得到菊糖聚丙烯酰胺共聚物[38]。Fares等在氮?dú)猸h(huán)境下,使菊粉完全溶解在40 ℃的雙蒸水中,加入適量硝酸鈰銨,再逐滴加入丙烯酸單體,30 ℃下綴合4 h得到菊糖聚丙烯酸共聚物[39]。Pitarresi等把菊糖在氬氣下溶于DMF,3 h后加入二乙烯基砜,3 h后加入TEA,60 ℃反應(yīng)24 h得到乙烯基砜基菊糖[40]。

1.2 生物活性分子修飾菊糖

劉俊等將菊糖溶于蒸餾水中,加入適當(dāng)?shù)目箟难岷蛢翰杷?無(wú)氧硝基氣流中混合半小時(shí),加入適量的過(guò)氧化氫在氮?dú)獾沫h(huán)境下反應(yīng)12 h,制備兒茶素-g-菊糖共聚物[41-42]。Arizmendi-Cotero等將菊糖溶于去離子水中,隨后加入相應(yīng)量的沒(méi)食子酸和過(guò)氧化氫/抗壞血酸引發(fā)劑?；旌衔镌?5 ℃恒溫?cái)嚢?4 h得到?jīng)]食子酸-菊糖共聚物[43-44]。張魯中等將適當(dāng)比例的布洛芬、N,N′-羰基二咪唑和菊糖置于DMSO中80 ℃下反應(yīng)24 h,制備了菊糖-布洛芬共聚物[45]。Mandracchia等在氮?dú)猸h(huán)境下,將生育酚琥珀酸酯溶于DMF溶液中,加入N,N′-二環(huán)己基碳化二亞胺(DCC)和N-羥基磺基琥珀酰亞胺鈉鹽(NHSS)使其活化3 h,形成生育酚琥珀酸酯NHSS溶液。然后將含有催化劑TEA的菊糖DMF溶液滴加到生育酚琥珀酸酯NHSS溶液中,在25 ℃或40 ℃,氮?dú)庀路磻?yīng)12 h,經(jīng)過(guò)丙酮沉淀得到不同取代度的菊糖生育酚琥珀酸酯[46-48]。

1.3 生物大分子修飾菊糖

美拉德反應(yīng)。美拉德反應(yīng)又稱羰氨反應(yīng),一般發(fā)生在還原糖或者還原糖基的羥基和氨基酸的氨基之間。Jing等通過(guò)美拉德反應(yīng)制備了酪蛋白菊糖、卵類粘蛋白菊糖、白蛋白菊糖、溶菌酶菊糖綴合物[49]。吳慧倫等將一定比例的菊糖和精氨酸溶解于二次蒸餾水中,在100 ℃下進(jìn)行回流反應(yīng)。然后,用乙醇或丙酮提取菊糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物菊糖-精氨酸綴合物[50]。

與氨基酸的偶聯(lián)。與美拉德反應(yīng)不同,菊糖氨基酸的偶聯(lián)是菊糖的羥基與氨基酸的羧基發(fā)生縮合反應(yīng)。Stevens等介紹了以DMF為溶劑,DMAP為催化劑,DCC為縮合劑,菊糖與氨基被封閉的甘氨酸或者賴氨酸的羧基反應(yīng)得到甘氨酸偶聯(lián)菊糖和賴氨酸偶聯(lián)菊糖[51]。菊糖與氨基酸的偶聯(lián)化合物可用于熒光標(biāo)記菊糖。菊糖首先與酪氨酸(Tyr)偶聯(lián),產(chǎn)物在堿性水溶液中與熒光物質(zhì)異硫氰酸熒光素(FITC)反應(yīng)12 h,再用終濃度為80%乙醇沉淀得到亮黃綠色異硫氰酸熒光素菊糖(FITC-inulin)[52]。

2 菊糖衍生物的結(jié)構(gòu)表征方法

傅里葉紅外光譜儀(FT-IR)、核磁共振儀(1H-MNR和13C-NMR)、X射線衍射儀(XRD)等技術(shù)常用于確認(rèn)分子與基團(tuán)在菊糖骨架上的成功嫁接?；诩藿拥骄仗巧系幕鶊F(tuán)分子的性質(zhì)不同,還可以選用薄層色譜(TLC)、高效液相色譜-示差檢測(cè)器-紫外檢測(cè)器(HPLC-RID-UV)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)等設(shè)備進(jìn)一步表征菊糖衍生物的結(jié)構(gòu)[53]。

基于菊糖的衍生化多為呋喃果糖上羥基的氫離子被取代,通過(guò)FT-IR圖像,可以清晰地觀察到衍生前后,菊糖的羥基以及嫁接基團(tuán)或化合物的特征峰振動(dòng)情況,從而判斷菊糖衍生化的程度,以及菊糖骨架的保留狀況[34,42,54-55]。1HMNR既能觀察到相應(yīng)化合物修飾菊糖的情況,也能反映衍生化的取代度。含碳?xì)溲醯幕鶊F(tuán)取代菊糖上的羥基時(shí)會(huì)引起該區(qū)域的峰數(shù)、峰型和面積的改變來(lái)判斷嫁接情況[40,43,56-57]。XRD常用于對(duì)比菊糖衍生前后的結(jié)晶度的改變,以及菊糖與嫁接上的基團(tuán)分子之間的相互作用力。一般情況下,峰高的降低,峰數(shù)量的增加,以及峰位的變化,均表明衍生物具有新的物理結(jié)構(gòu)[35,58]。

TLC可用于確認(rèn)酚類化合物在菊糖骨架上的成功嫁接。通常,游離酚在TLC硅膠平板上遷移一段距離,而菊糖-酚類綴合物則保持在基線[58]。由于嫁接了酚類化合物的菊糖含有紫外吸收基團(tuán),紫外分光光度計(jì)(UV)亦可用于判斷菊糖-酚類綴合物的情況。HPLC結(jié)合反相C18色譜柱和紫外檢測(cè)器適用于菊糖-酚類綴合物與游離酚酸的分離分析。此外,基于菊糖-酚類綴合物的分子量顯示了酚類物質(zhì)的接枝率,HPLC亦用于測(cè)定菊糖-酚類綴合物的分子量。通常采用尺寸排阻色譜(SEC)或凝膠滲透色譜(GPC)與折射率檢測(cè)器(RID)結(jié)合使用[25,45,59-62]。

3 菊糖衍生物的活性與應(yīng)用

表1可見(jiàn),菊糖衍生物的應(yīng)用與其結(jié)構(gòu)、活性密切相關(guān),而這些結(jié)構(gòu)與活性主要由菊糖本身以及其嫁接的化合物決定。

表1 菊糖衍生物的名稱、結(jié)構(gòu)、優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用Table 1 Name,stucture,synthesis and advantage of inulin derivative

續(xù)表

3.1 菊糖衍生物的活性

一般情況下,生物活性分子的嫁接有利于提高菊糖的抗氧化活性[63]。多酚黃酮等生物活性分子嫁接到菊糖上,既增加了菊糖相應(yīng)的生物活性同時(shí),亦有利于體內(nèi)對(duì)多酚黃酮的消化吸收以及調(diào)整靶向性。多種氨基吡啶基乙酰基菊糖不同程度地提高了菊糖清除羥基自由基、超氧自由基及DPPH自由基的能力。兒茶素-g-菊粉除了對(duì)超氧自由基,羥自由基和H2O2有清除作用,以及對(duì)脂質(zhì)過(guò)氧化有抑制作用外,對(duì)糖尿病和急性肝損傷也有潛在的治療和保護(hù)作用。嫁接了沒(méi)食子酸的菊糖衍生物保留了其益生元的作用,能刺激嗜酸乳桿菌的生長(zhǎng),同時(shí)也顯示了清除DPPH和O2等自由基的能力并且可以降低脂質(zhì)過(guò)氧化。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物酪蛋白菊糖、卵類粘蛋白菊糖、白蛋白菊糖、溶菌酶菊糖、精氨酸菊糖綴合物都具有較菊糖好的DPPH自由基的清除能力。

菊糖是一種能夠在靜脈注射后達(dá)到尿路高濃度的聚合物,其與具有降低尿路氧化應(yīng)激能力的生育酚綴合后,形成的菊糖生育酚琥珀酸酯納米顆粒,可作為注射型尿路細(xì)菌感染的靶向抗炎癥和感染藥物。菊糖甲?；被畻钏狨コ吮Ａ袅?-氨基水楊酸治療潰瘍性結(jié)腸炎等功效外,菊糖在腸道中發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸有協(xié)同增效作用。藥物嫁接到菊糖上可以增加其對(duì)光,溫度,水解和化學(xué)試劑的穩(wěn)定性,同時(shí)增加藥物效果,減少藥物用量。研究顯示菊糖阿霉素綴合物被用于改善阿霉素單體的癌癥治療藥物。菊糖阿霉素綴合物較阿霉素本身更穩(wěn)定,也更容易與循環(huán)腫瘤DNA結(jié)合。在Caco-2和HT29-MTX結(jié)腸癌細(xì)胞模型中,基于菊糖本身能降低和抑制結(jié)腸腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移活性和生長(zhǎng),綴合物的使用減少了阿霉素的用量從而降低藥物對(duì)心臟的毒性。

3.2 菊糖衍生物的應(yīng)用

3.2.1 乳化劑 烷基菊糖酯多作為乳化劑應(yīng)用于乳液的制備。烷基菊糖酯相對(duì)于纖維素酯更易于溶解和加工,其親水和疏水的性質(zhì)與應(yīng)用范圍也可通過(guò)調(diào)整菊糖和酯化組分的鏈長(zhǎng),以及取代度進(jìn)行改變。基于烷基鏈長(zhǎng)與取代度的影響,烷基鏈較短的菊糖酯化物可作為水包油乳液的乳化劑,而烷基鏈較長(zhǎng)的菊糖酯化物則可促油包水乳液的形成。菊粉氨基甲酸酯具有張力活性,可用作化妝品或制藥應(yīng)用中的乳化劑。除了菊糖酯化物,美拉德反應(yīng)是提高菊糖的乳化性的另外一種方式,如菊糖與酪蛋白的美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物可作乳化劑。

3.2.2 包埋材料 基于菊糖結(jié)構(gòu)和活性特點(diǎn),菊糖衍生物亦常作為包埋材料,被用于靶向性藥物載體。經(jīng)電噴射進(jìn)行處理的菊糖乙酸酯微球,在缺乏菊糖酶和腸道微生物低pH的腸胃模擬液中較穩(wěn)定,提高了藥物在結(jié)腸中的生物利用度,是微生物觸發(fā)的藥物遞送系統(tǒng)。菊糖生育酚琥珀酸酯作為載體,很好地提高了抗癌藥物姜黃素和塞來(lái)昔布的生物活性以及水溶性。月桂基氨基甲酸酯菊糖可作為紫杉醇的載體,形成粒徑大約為260 nm的膠束,除了提高紫杉醇的水溶性以外,還增加抗癌靶向性,相同功效情況下,被包埋的紫杉醇劑量可減半。作為載體,二亞乙基三胺菊糖有效地與短干擾核糖核酸(siRNA)復(fù)合成具有高度細(xì)胞相容性,平均尺寸為600 nm的顆粒。在肝細(xì)胞癌衍生細(xì)胞JHH6中,二亞乙基三胺菊糖可以有效遞送功能性siRNA[64]。菊糖布洛芬藥物載體與RGD肽聚合的納米顆粒對(duì)于鹽酸表阿霉素具有高效的載藥性和靶向性。菊糖肉桂酸酯作為甲氨蝶呤的載體,對(duì)結(jié)腸癌具有良好的靶向性。負(fù)載鐵離子的INU-SA-Cys在模擬腸道中較好地釋放鐵離子,是潛在的缺鐵性貧血的口服治療方式。除了靶向性好,菊糖衍生物的包埋率和緩釋率都比較理想。菊糖乙酸酯微膠囊對(duì)于吲哚美辛的包埋率達(dá)到100%。包埋了右旋花椒酚的菊糖乙酸酯和丙酸酯,在噴霧干燥后形成10～700 μm的光滑球型顆粒,均具有緩釋作用。24 h后,菊糖乙酸酯微球中的右旋花椒酚釋放率為60%,菊糖丙酸酯微球的釋放率是10%。另外,菊糖衍生物亦能形成穩(wěn)定的水凝膠載體。在硫酸銨和N,N,N′,N′-四甲基乙二胺存在的情況下,菊糖甲基丙烯酸酯的雙鍵轉(zhuǎn)化成共價(jià)交聯(lián)的方式從而形成載藥的水凝膠?；贗NU-MA-SA的藥物釋放水凝膠與由二肉豆蔻酰磷脂酰膽堿的單層囊泡制成的生物膜模型,在pH7.4下具有良好的釋放能力。

3.2.3 包衣材料 菊糖衍生物亦可用作藥物載體的包衣材料。CMI包封3-氨基丙基三乙氧基硅烷接枝的氧化鐵納米顆粒提高了生物相容性。CMI綴合銀-石墨烯量子點(diǎn)納米復(fù)合材料顯著降低銀-石墨烯量子點(diǎn)制劑的細(xì)胞毒性,CMI的綴合使負(fù)載5-氟尿嘧啶的銀-石墨烯量子點(diǎn)納米復(fù)合物提高了對(duì)胰腺癌細(xì)胞靶向治療的效率。

3.2.4 熒光標(biāo)記物載體 菊糖衍生物可用于了解目標(biāo)化合物在體內(nèi)的行為特征。菊糖短鏈脂肪酸酯可用于探測(cè)食物、腸道微生物與體內(nèi)代謝之間的關(guān)系。參加實(shí)驗(yàn)的男性在攝入適量的13C標(biāo)記菊糖丙酸酯7 d后,減少了食物攝入量。結(jié)果顯示結(jié)腸中一定量的丙酸鹽能產(chǎn)生食欲調(diào)節(jié)作用。熒光標(biāo)記菊糖(FITC-inulin)和改進(jìn)的灌注系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控小鼠小腸的液體和/或電解質(zhì)的運(yùn)動(dòng)[65]。安全的FITC-inulin可代替放射性同位素用于腎功能微穿孔等方式評(píng)估單腎過(guò)濾率[66-68]。

4 結(jié)論

通過(guò)取代、加成、氧化還原、美拉德等反應(yīng),可把特定功能基團(tuán)、生物活性分子以及生物大分子嫁接到菊糖上。FT-IR、1HNMR、13CNMR、XRD、TLC、HPLC、UV和SEM等多種化學(xué)及儀器方法可用于菊糖衍生物的結(jié)構(gòu)分析。一般情況下,菊糖衍生化后的抗氧化活性較衍生前好,尤其以嫁接了黃酮多酚等生物活性分子的菊糖在清除羥基自由基、超氧自由基及DPPH自由基的能力上都有明顯的提高。嫁接了抗炎抗癌藥物的菊糖衍生物,除了具備了相應(yīng)的抗炎抗癌功效外,還兼有菊糖的生物相容性好、毒性低、免疫反應(yīng)小和靶向性好等功能。菊糖衍生物多用于食品、藥品及化妝品的遞送系統(tǒng)中。在遞送系統(tǒng)中,菊糖衍生物的應(yīng)用靈活和多樣化,可作為乳化劑、包埋材料和包衣材料,改善了被包埋成分的毒副作用大、透膜性差和穩(wěn)定性差等問(wèn)題。同時(shí),菊糖衍生物也可作為熒光標(biāo)記物的載體,對(duì)體內(nèi)如腸道運(yùn)作的監(jiān)控有重要作用。

5 展望

盡管在菊糖衍生物的開發(fā)利用方面已有大量的工作基礎(chǔ),但仍有三個(gè)研究領(lǐng)域需要探討:a.對(duì)用于衍生化的菊糖來(lái)源、結(jié)構(gòu)和分子量分布進(jìn)行分析。分子量分布的差異賦予了菊糖特殊的物化性質(zhì)和生物活性。相對(duì)于短鏈菊糖,不溶于37 ℃水的半結(jié)晶體長(zhǎng)鏈菊糖(δ inulin),氫鍵結(jié)合成的反平行螺旋形狀更多,其免疫應(yīng)答更強(qiáng),在腎臟的排出更緩慢,能被作為免疫佐劑使用[69-70]。這些特性對(duì)菊糖衍生物活性的影響仍有待研究。b.基于抗氧化機(jī)理的多樣性,單一的評(píng)價(jià)方法存在不足,多種體內(nèi)外抗氧化評(píng)價(jià)方法的使用有利于全面了解菊糖及其衍生物的抗氧化活性。研究表明雖然化學(xué)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示菊糖不具備顯著的抗氧化性,但生物法評(píng)價(jià)結(jié)果卻證明菊糖具有較好的抗氧化效果,該活性通過(guò)保護(hù)機(jī)體結(jié)腸粘膜和粘膜下層避免蛋白質(zhì)氧化實(shí)現(xiàn)[71]。然而,目前菊糖與其衍生物的抗氧化活性評(píng)價(jià)方法主要為化學(xué)法,可見(jiàn),建立一套系統(tǒng)合理的評(píng)價(jià)方法有利于更準(zhǔn)確地表征菊糖及其衍生物的抗氧化活性。c.進(jìn)一步拓展菊糖衍生物的應(yīng)用。近年菊糖衍生物的應(yīng)用集中在生物醫(yī)學(xué)和制藥學(xué)領(lǐng)域中,在食品方面的應(yīng)用有待開發(fā)。功能和風(fēng)味是現(xiàn)在食品的重要因素。菊糖衍生物可作為功能性食品使用,或用于延長(zhǎng)食品風(fēng)味的釋放時(shí)間和改善食品感官狀況,如風(fēng)味物質(zhì)的包埋,不良風(fēng)味的掩蓋等。