通过改性柑橘果胶提高黄芩素的溶解度和生物利用度：制备过程、计算机模拟（in silico）、体外实验（in vitro）及体内实验（in vivo）评估

《Food Hydrocolloids》：Solubility and bioavailability enhancement of baicalin by modified citrus pectin: preparation, in silico, in vitro and in vivo evaluation

　　柑橘果胶酸水解衍生物MCP-3通过氢键、疏水作用及范德华力形成螺旋结构包埋芦丁，显著提高其水溶性和体内生物利用度1.95倍，复合物具有pH和温度稳定性，为开发天然载体提高多酚类物质应用提供新策略。

　　该研究聚焦于一种名为黄芩素的黄酮类化合物，因其在健康领域具有多种益处，但其应用却受到溶解性差的严重限制。为了克服这一难题，研究团队探索了柑橘果胶及其酸水解衍生物在提升黄芩素溶解性方面的潜力，并深入解析了溶解机制。黄芩素是一种广泛存在于中药材黄芩中的活性成分，因其具备抗氧化、抗炎、抗菌和抗癌等多种生物活性，被广泛应用于食品和医药领域。然而，其水溶性较差，导致口服生物利用度低，从而限制了其实际应用。因此，寻找一种无毒、可生物降解且易于获取的溶剂化剂，成为提升黄芩素溶解性和生物利用度的关键。

研究团队通过部分酸水解和阴离子交换色谱技术，获得了三种不同的果胶衍生物：MCP-1、MCP-2和MCP-3。这些衍生物在结构上具有显著差异，其中MCP-3因其主要由91.2%的半乳糖醛酸和8.8%的鼠李糖组成，表现出最高的黄芩素溶解性提升效果。进一步的实验分析，包括傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）以及热力学和分子动力学（MD）模拟，证实了MCP-3在溶液中能够形成螺旋结构，其内部的螺旋空腔通过氢键、疏水作用和范德华力与黄芩素相互作用，从而有效提升其溶解性。此外，MCP-3与黄芩素形成的复合物在不同pH值和温度条件下均表现出良好的稳定性，这为其在实际应用中的可行性提供了保障。

在药代动力学研究中，研究人员发现MCP-3能够显著提高黄芩素在体内的生物利用度，提升幅度约为1.95倍。同时，该复合物表现出较低的细胞毒性，进一步证明其在食品和医药领域的应用潜力。这些结果表明，通过使用柑橘果胶及其酸水解衍生物作为载体，可以有效解决黄芩素溶解性差的问题，并为开发更具功效的黄酮类产品提供新的思路。

在引入柑橘果胶作为溶剂化剂之前，已有许多研究探讨了其他方法，如使用表面活性剂、共溶剂、环糊精、分子修饰和脂质传递系统等。这些方法在一定程度上提高了黄芩素的溶解性，但许多依赖于非食品级的辅料，或者受到严格的监管限制。因此，寻找一种既安全又适用于食品工业的溶剂化剂显得尤为重要。柑橘果胶作为一种天然多糖，因其来源于柑橘类水果，具有良好的生物相容性和可降解性，被认为是一种理想的候选材料。此外，柑橘果胶的结构特点，如其由半乳糖醛酸（GalA）、鼠李糖（Rha）等单糖组成，使其能够通过非共价键与黄芩素结合，从而改善其溶解性。

柑橘果胶的结构主要由三种多糖区域组成：均一的半乳糖醛酸链（HG）、鼠李糖半乳糖醛酸-I（RG-I）和鼠李糖半乳糖醛酸-II（RG-II）。这些结构特征决定了果胶与黄酮类化合物之间的相互作用方式。例如，HG链富含半乳糖醛酸，具有较高的负电荷密度，能够通过静电相互作用与黄芩素中的羟基或羧基形成稳定的复合物。而RG-I和RG-II则因其复杂的侧链结构，能够通过疏水作用和范德华力进一步增强与黄芩素的结合能力。因此，果胶的化学组成和分子构型对黄芩素的溶解性和稳定性具有重要影响。

在本研究中，通过酸水解方法对柑橘果胶进行改性，得到了MCP-1、MCP-2和MCP-3三种不同的衍生物。与传统的酶解或碱解方法相比，酸水解不仅成本较低，而且操作简便，适用于大规模生产。更重要的是，酸水解能够在不依赖特定酶或强碱性条件的情况下，选择性地去除中性糖侧链，同时保留半乳糖醛酸主链的完整性。这种处理方式不仅降低了分子量，还降低了酯化度（DE），从而增加了果胶分子中功能性基团的暴露程度，提升了其与黄酮类化合物之间的非共价相互作用能力。此外，酸水解法制备的MCP不含合成表面活性剂或有机溶剂，进一步降低了其潜在的毒性和安全性风险，使其更适合应用于食品和医药领域。

为了评估柑橘果胶及其衍生物对黄芩素溶解性的影响，研究团队采用了多种实验方法，包括溶出度测试、FTIR光谱分析、XRD分析以及MD模拟。这些方法共同揭示了MCP-3与黄芩素之间的相互作用机制。FTIR光谱显示，MCP-3与黄芩素之间存在明显的氢键作用，这可能是其提升溶解性的关键因素之一。XRD分析则表明，MCP-3能够改变黄芩素的晶体结构，使其从固态转变为更易溶于水的非晶态。而MD模拟进一步证实了MCP-3的螺旋结构能够通过疏水作用和范德华力与黄芩素形成稳定的复合物，从而显著提高其在水中的溶解度。

此外，研究团队还通过体外实验和体内实验验证了MCP-3对黄芩素生物利用度的提升效果。体外实验显示，MCP-3能够有效提高黄芩素的溶解速率和溶解度，而体内实验则表明，与未修饰的黄芩素相比，MCP-3-黄芩素复合物在血液中的浓度显著增加，表明其能够提高黄芩素的吸收效率。这些结果不仅为黄芩素的药代动力学特性提供了新的见解，也为开发基于黄酮类化合物的新型药物和功能性食品提供了理论依据。

在药代动力学研究中，研究人员发现MCP-3能够显著提高黄芩素在体内的生物利用度，提升幅度约为1.95倍。这一结果表明，MCP-3不仅能够有效提升黄芩素的溶解性，还能够促进其在体内的吸收和分布。同时，实验还表明，MCP-3-黄芩素复合物在细胞毒性方面表现良好，表明其在实际应用中具有较高的安全性。这些发现进一步支持了MCP-3作为黄芩素有效溶剂化剂的潜力。

该研究的结论表明，柑橘果胶及其酸水解衍生物在提升黄芩素溶解性和生物利用度方面具有显著优势。MCP-3作为最有效的衍生物，其结构特点使其能够通过氢键、疏水作用和范德华力与黄芩素形成稳定的复合物，从而显著改善其溶解性。同时，该复合物在体内外均表现出良好的稳定性，且对细胞具有较低的毒性，这为其实用化提供了坚实的基础。这些结果不仅为黄芩素的进一步开发提供了新的思路，也为其他难溶性黄酮类化合物的溶剂化研究提供了参考。

在当前的研究背景下，天然大分子材料因其来源广泛、安全性高、可降解性强等优点，成为提升药物和功能性食品溶解性的理想选择。柑橘果胶作为一种天然多糖，其结构的可调控性使其能够通过不同的水解条件生成具有不同特性的衍生物，从而满足不同应用需求。本研究通过系统分析柑橘果胶及其酸水解衍生物对黄芩素溶解性的影响，不仅揭示了其作用机制，还为未来开发基于柑橘果胶的新型药物载体提供了理论支持。

值得注意的是，尽管已有大量关于果胶与黄酮类化合物相互作用的研究，但对柑橘果胶及其酸水解衍生物与黄芩素之间具体作用机制的探讨仍显不足。本研究通过综合运用多种分析技术，填补了这一知识空白。此外，研究团队还通过实验验证了MCP-3在实际应用中的可行性，为其在食品和医药领域的推广奠定了基础。未来的研究可以进一步探索不同酸水解条件对果胶结构的影响，以及这些结构变化如何影响其与黄芩素的相互作用，从而为优化溶剂化剂的性能提供更多的科学依据。

本研究的成果不仅对黄芩素的溶解性和生物利用度提升具有重要意义，还可能对其他难溶性黄酮类化合物的开发产生积极影响。通过合理选择和优化果胶衍生物的结构，可以设计出更加高效的溶剂化剂，从而推动黄酮类化合物在食品、医药和化妆品等领域的广泛应用。此外，研究还强调了天然大分子材料在药物传递和功能性食品开发中的重要性，为相关领域的研究提供了新的方向和思路。

总的来说，本研究通过系统分析柑橘果胶及其酸水解衍生物对黄芩素溶解性的影响，揭示了其作用机制，并验证了MCP-3在提升黄芩素生物利用度方面的有效性。这些发现不仅有助于理解天然多糖与黄酮类化合物之间的相互作用，也为开发更高效、更安全的黄酮类药物和功能性食品提供了理论基础和技术支持。未来的研究可以进一步探索果胶衍生物在不同应用环境下的性能，以及如何通过结构调控实现更广泛的溶剂化效果。