喷雾干燥微胶囊化黑种草提取物：抗氧化活性与pH响应性肠道释放研究

《CyTA - Journal of Food》：Spray-drying microencapsulation of Nigella sativa extract: antioxidant activity and pH-responsive intestinal release

本综述系统评价了壳聚糖（chitosan）、阿拉伯胶（gum Arabic）和麦芽糊精（maltodextrin）作为壁材对黑种草（Nigella sativa）提取物微胶囊化效果的影响。研究表明，壳聚糖基微胶囊具有最高的包封率（EE 78.62%）和抗氧化活性（IC5099.64 μg/mL），其pH响应性释放特性（非Fickian扩散机制）显著提升了活性成分在肠道环境（pH 7.4）的靶向释放效率，为功能性食品和药物递送系统开发提供了理论依据。

　　

引言

印度尼西亚作为生物多样性大国，拥有9600种药用植物资源。黑种草（Nigella sativa）作为代表性药用植物，富含多酚类化合物和百里香醌（thymoquinone，30%-48%），具有抗氧化、抗炎、抗菌等多重药理活性。然而，其活性成分存在稳定性差、生物利用度低等问题。微胶囊化技术通过聚合物壁材包埋可有效保护活性成分，其中喷雾干燥法因成本低、颗粒均匀等特点被广泛应用。本研究选取壳聚糖、阿拉伯胶和麦芽糊精三种常见壁材，系统比较其对黑种草提取物微胶囊化效果的影响。

材料与方法

黑种草提取物通过乙醇浸提法制备，微胶囊化采用喷雾干燥工艺，核心与壁材质量比为1:100。壳聚糖溶液通过醋酸溶解后与钠三聚磷酸盐（Na-TPP）进行离子交联，阿拉伯胶和麦芽糊精直接水溶后调整pH至4.5±0.2。通过测定包封率（EE）、总酚含量（TPC）、DPPH自由基清除能力（IC₅₀）评价微胶囊性能，扫描电镜（SEM）观察形貌，并模拟胃肠液（pH 2.2和7.4）分析释放行为及动力学模型（零级、一级、Higuchi和Korsmeyer-Peppas模型）。

结果与讨论

包封率分析显示，壳聚糖微胶囊的EE最高（78.62±0.20%），显著优于麦芽糊精（74.08±0.62%）和阿拉伯胶（71.57±0.31%）。这归因于壳聚糖的氨基与TPP阴离子交联形成的致密网络结构，有效减少活性成分逸散。抗氧化活性测定中，壳聚糖微胶囊的IC₅₀值为99.64±0.27 μg/mL，优于其他两组，与其自身自由基清除能力及对酚类化合物的稳定作用相关。电镜结果显示，壳聚糖微胶囊呈规则球形（3.84–4.93 μm），表面光滑致密；阿拉伯胶和麦芽糊精微胶囊则存在裂纹或孔隙结构，导致保护性下降。

释放行为研究表明，所有微胶囊在pH 7.4的释放率均显著高于pH 2.2，其中壳聚糖组在肠道环境中释放率达90%，而胃液中仅45%。动力学拟合表明，壳聚糖在pH 7.4符合Korsmeyer-Peppas模型（n=0.5635），为非Fickian扩散机制（扩散与聚合物松弛协同作用），而阿拉伯胶和麦芽糊精均以Fickian扩散为主（n<0.43）。这种pH响应性释放特性使壳聚糖微胶囊特别适用于肠道靶向递送系统。

结论

壳聚糖作为壁材可显著提升黑种草提取物的包封效率、抗氧化稳定性及肠道靶向释放能力，其离子交联结构和pH响应特性为功能性食品与药物制剂开发提供了新策略。未来需进一步开展长期稳定性、体内生物利用度及食品相容性研究以推动应用转化。