食品级双凝胶负载生物活性化合物：聚焦叶绿素生物可及性的递送系统及3D打印与微结构调控研究

本研究针对天然叶绿素生物可及性低、递送效率受限的难题，开发了基于琼脂水凝胶（hydrogel）与巴西棕榈蜡油凝胶（oleogel）的食品级双凝胶（bigels）系统，通过调控水油相比例（H:O）和3D打印技术，显著提升了微藻叶绿素的消化稳定性和胶束化效率。研究发现高油相比例（80%）和打印后微结构重组可促进叶绿素衍生物（如脱镁叶绿素和132-OH-脱镁叶绿素）的生物可及性，为功能性食品设计提供了新策略。

　　

叶绿素作为自然界最丰富的脂溶性色素之一，长期被误认为难以被人体吸收。尽管近年研究证实其可通过肠道吸收并具有抗氧化、抗癌等潜在健康效益，但微藻叶绿素因细胞壁阻隔和消化不稳定性，生物可及性普遍低于1%-46%。如何通过食品基质设计提升其递送效率，成为营养学与食品科学交叉领域的关键挑战。

来自中国的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表论文，创新性地将食品级双凝胶（bigels）与3D打印技术结合，以钝顶螺旋藻（Arthrospira platensis）和斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）叶绿素提取物为模型，系统探究了水凝胶（琼脂基质）与油凝胶（巴西棕榈蜡基质）比例（H:O从80:20至20:80）对消化行为的影响。通过体外消化模型（INFOGEST标准）结合显微结构分析，发现油相占比提升可诱导双凝胶从"水包油"向"油包水"构型转变，显著增强叶绿素胶束化效率。3D打印过程通过重组微结构，使总叶绿素生物可及性提升1.8倍。

关键实验技术

1. 双凝胶制备：采用高速剪切乳化法构建不同H:O比例的双相系统
2. 3D食品打印：使用挤出式打印机评估流变适应性
3. 体外消化模型：模拟口腔-胃-肠三阶段消化（参照Minekus协议）
4. 叶绿素分析：HPLC-MS/MS定量检测脱镁叶绿素、13²-OH衍生物等转化产物

主要研究结果

1. 微结构调控效应：60:40 H:O比例引发双凝胶相转变，油相连续相结构（80% oleogel）促进胆汁酸盐渗透，使斜生栅藻叶绿素b系列衍生物胶束化率比a系列高35%。
2. 消化稳定性差异：钝顶螺旋藻叶绿素主要转化为脱镁叶绿素，而斜生栅藻产物中13²-OH-脱镁叶绿素占比达62%，反映C-13²位氧化路径的物种特异性。
3. 3D打印增效机制：打印后纤维状微结构增加表面积，使叶绿素与消化酶接触效率提升，总生物可及性较未打印样品提高120%。

结论与意义
该研究首次阐明双凝胶相比例与3D打印协同调控叶绿素消化命运的机制：高油相比例（>60%）通过形成连续油相网络促进胶束化，而打印诱导的拓扑结构变化可突破微藻细胞壁的物理屏障。这一发现为个性化营养食品开发提供了理论依据——通过精确设计双凝胶的相组成和空间结构，可实现叶绿素等光敏成分的靶向递送。研究建立的H:O比例-微结构-生物可及性关联模型，不仅适用于叶绿素，也为其他两亲性生物活性物质（如类胡萝卜素）的递送系统优化提供了新范式。

（注：所有数据与结论均源自原文，作者Andrêssa Silva Fernandes等未声明利益冲突，研究受FAPESP等基金支持）