基于壳聚糖纳米球与明胶纳米纤维的三层纳米结构番茄红素递送系统研究

为解决番茄红素(Lycopene)易氧化、生物可及性低的问题，研究人员开发了一种新型三层纳米载体系统，结合明胶(Gelatin)纳米纤维的溶解优势与壳聚糖(Chitosan)纳米球的缓释特性。结果表明，该体系通过功能基团相互作用提升结构稳定性，使番茄红素生物可及性提高至28.5%，并证实胃液环境中释放受Fickian扩散机制控制(扩散系数3.53×10?9 m2 s?1)，肠液环境中则受扩散与溶解双重调控。这一研究为功能性食品开发提供了创新递送策略。

　　

番茄红素作为一种具有11个共轭双键的强抗氧化剂，在预防癌症和心血管疾病方面展现出巨大潜力，但其疏水性和氧化敏感性严重限制了实际应用。传统递送系统如明胶纳米纤维虽能提升溶解性，却因快速溶解导致活性成分过早释放。如何实现番茄红素在肠道靶向释放，成为功能性食品开发的关键瓶颈。

针对这一挑战，巴西圣卡塔琳娜联邦大学（Universidade Federal de Santa Catarina）的研究团队创新性地设计了三层纳米结构递送系统：以负载番茄红素的明胶纳米纤维为核心，两侧覆盖壳聚糖纳米球薄层。该研究通过系统表征材料理化性质，结合体外消化模拟实验，揭示了多层结构的协同增效机制。相关成果发表于食品科学领域权威期刊《Food Quality and Preference》。

研究团队运用三项核心技术：电纺丝技术制备明胶纳米纤维（平均直径139±29 nm）、电喷雾法制备壳聚糖纳米球薄膜（562±248 nm）、以及乳化-静电组装构建三层结构。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析分子相互作用，采用体外消化模型评估释放动力学，并利用光学显微镜追踪结构形态变化。

材料表征结果显示：

• 明胶-番茄红素乳液纳米颗粒粒径为412 nm，多分散指数(PDI)<0.30，表明体系高度均一
• 壳聚糖纳米球薄膜的阳离子特性使其在模拟胃液中保持稳定，延缓核心层溶解
• 红外光谱证实三层结构中氨基(-NH₂)与羧基(-COOH)形成新的氢键网络

释放动力学研究发现：

• 胃液阶段：符合Fickian扩散机制，扩散系数为3.53±0.01×10^?9 m² s^?1
• 肠液阶段：扩散与溶解协同作用，生物可及性提升至28.5%，较游离番茄红素提高10倍

结论与意义：
该研究首次将壳聚糖纳米球薄膜与明胶纳米纤维结合，创建了具有胃液保护-肠液释放特性的智能递送系统。其创新点在于：① 通过纳米球堆积密度调控屏障性能；② 利用聚电解质相互作用增强结构完整性；③ 实现扩散-溶解双机制控释。这不仅为番茄红素递送提供了新思路，更为其他疏水性生物活性成分的递送系统设计建立了方法论框架。研究团队特别指出，该技术可通过调整明胶/壳聚糖比例适应不同应用场景，在功能性食品和膳食补充剂领域具有广阔产业化前景。