阿魏胶与杏仁胶共包封辅酶Q10：特性表征、释放行为与生物可及性研究

本研究针对辅酶Q10(CoQ10)水溶性差、生物利用度低及稳定性不足的问题，创新性地采用阿魏胶(FAFG)与杏仁胶(AlG)复合体系进行包封，通过冷冻干燥技术成功制备了高包封率(85.27%)的微胶囊，显著提高了CoQ10的生物可及性(63.76%)和抗氧化活性(提升1.7倍)，为功能性食品和药物递送系统开发提供了新策略。

　　

辅酶Q₁₀(Coenzyme Q₁₀, CoQ₁₀)是一种脂溶性维生素样物质，具有苯醌环结构和长度可变的异戊二烯侧链，在哺乳动物体内参与电子和质子传递以及三磷酸腺苷(ATP)的产生过程。尽管人体能够内源性合成部分CoQ₁₀，但约25%需要通过日常饮食补充。随着年龄增长，组织中的CoQ₁₀水平逐渐降低，且在多种疾病状态下会出现缺乏现象。然而，CoQ₁₀的实际应用面临重大挑战：其水溶性极差、生物可及性和生物利用度低，且对光、氧和温度高度敏感。这些特性使得CoQ₁₀在食品强化和药物制剂中的应用受到严重限制。

为了突破这些限制，研究人员将目光投向了 encapsulation（包封）技术。通过将活性成分包裹在保护性材料中，可以显著改善其稳定性、溶解性和生物利用度。在众多包封材料中，天然胶体因其生物可降解性、生物相容性和丰富的功能特性而备受关注。本研究创新性地选择了两种具有特殊价值的天然胶体：阿魏胶(Ferula asafoetida gum, FAFG)和杏仁胶(almond gum, AlG)。

阿魏胶是从阿魏属植物根部渗出物中获得的油胶树脂，是一种可生物降解/生物相容的草药产品。杏仁胶则是一种天然、可生物降解且无毒的高分子量聚合物，从甜杏仁树的树干、枝条和果实渗出物中获得。这两种胶体不仅具有作为包封材料的理想物理特性（如成膜性和稳定性），更重要的是它们本身具有显著的生物活性，包括抗氧化、抗炎、抗癌和抗菌特性，这些特性可能与CoQ₁₀产生协同效应，进一步增强其生理功能。

研究人员开展了系统的实验研究，采用冷冻干燥技术制备了三种不同比例(FAFG:AlG为1:2、2:1和1:1)的CoQ₁₀包封复合物，并通过多种分析技术对最优样品进行了全面表征。研究结果证实了包封技术的成功应用及其对CoQ₁₀性质的显著改善，相关成果发表在《LWT》（食品科学与技术领域重要期刊）上。

为开展本研究，作者团队主要采用了以下关键技术方法：使用冷冻干燥技术制备包封复合物；通过体外模拟胃肠道消化模型评估释放行为和生物可及性；采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析分子间相互作用；利用热重分析(TGA)评估热稳定性；通过X射线衍射(XRD)分析晶体结构；使用扫描电子显微镜(SEM)观察形态特征；通过动态光散射(DLS)测定粒径分布和Zeta电位；采用DPPH法测定抗氧化活性；使用MTT法评估对L929正常细胞和4T1癌细胞系的细胞毒性。

3.1. Release profile（释放特性）

研究发现CoQ₁₀在模拟胃肠条件下的释放呈现两阶段特征：初始突释阶段和后续缓释阶段。在模拟胃液(SGF)中，大部分CoQ₁₀(37.72%-62.28%)被释放，这归因于表面吸附的CoQ₁₀的分离以及胶体部分溶解导致的内部CoQ₁₀ detachment（ detachment）。进入模拟肠液(SIF)后，由于pH值变化增强了溶解度，出现了第二次释放高峰。通过模型拟合发现，Korsmeyer-Peppas模型最能描述胃部释放数据，而Kopcha模型最适合描述肠道释放数据。释放指数n值小于0.45表明扩散是主要的释放机制。

3.2. Bioaccessability（生物可及性）

游离CoQ₁₀的生物可及性仅为16.52%，而包封后显著提高至41.14%-63.76%。其中FAFG1/AlG1复合物(比例1:1)表现最佳，生物可及性达到63.76%，相比游离CoQ₁₀提高了286.19%。这种显著改善归因于包封后CoQ₁₀在消化过程中的增溶作用以及胶体材料对敏感化合物的保护作用。

3.3. Encapsulation efficiency（包封效率）

CoQ₁₀的包封效率达到85.27%，处于文献报道的典型范围内(66.51%-94.71%)，表明包封过程成功且适用于增强稳定性和生物利用度。

3.3. FTIR spectroscopy（傅里叶变换红外光谱）

FTIR分析揭示了复合物中各组分间的分子相互作用。在复合物光谱中观察到3374 cm^-1处的峰，相比胶体单独的~3400 cm^-1发生红移，这为氢键形成提供了证据。CoQ₁₀的苯醌环中的氧原子（氢键受体）与胶体多糖中的羟基（氢键供体）之间形成了氢键。

3.4. Thermal stability（热稳定性）

热重分析表明，包封后CoQ₁₀的热稳定性得到改善。复合物在50%和90%重量损失所需的温度远高于游离CoQ₁₀。在58-300°C温度范围内，实际残留质量高于理论计算值，表明包封状态下的CoQ₁₀具有更好的热稳定性，这归因于壁材形成的保护层屏蔽了热量直接暴露。

3.5. XRD（X射线衍射）

XRD分析显示，复合物在13.35°处出现非晶峰，并在18.75°、20.35°和22.90°处有三个肩峰，42.55°处有一个强度很低的峰。峰位和强度的变化归因于晶体局部环境的改变，证实了CoQ₁₀的成功包封。

3.6. SEM imaging（扫描电子显微镜成像）

冷冻干燥的复合物呈现片状结构，具有不规则的尺寸和形状，这是冷冻干燥过程中冰升华和二次干燥造成的典型形态。

3.7. Particle size distribution（粒径分布）

包封CoQ₁₀的粒径分布曲线在6311.2 nm处出现 sharp peak（ sharp peak），多分散指数(PI)为4.505，表明粒径分布较宽而非均匀分布。

3.8. Zeta potential（Zeta电位）

复合物的Zeta电位为-45.25±0.55，绝对值高于FAFG(-36.65±1.55)但低于AlG(-51.85±0.25)和CoQ₁₀(-49.35±0.55)。低于-30 mV的值表明系统稳定性良好。胶体通常带负电 due to（ due to）分子结构中羧基的解离。

3.9. DPPH scavenging activity（DPPH清除活性）

包封和游离CoQ₁₀都能有效清除DPPH自由基，但包封形式的活性显著更强(74.52% vs. 43.28%)。这种改善归因于CoQ₁₀水溶性的增强以及CoQ₁₀与两种胶体抗氧化性质的协同效应。

3.10. Toxicity assay（毒性测定）

MTT实验结果显示，包封CoQ₁₀对正常L929细胞的IC₅₀为229.2 μg/mL，对4T1癌细胞的IC₅₀为192.4 μg/mL。较高的正常细胞IC₅₀值和较低的癌细胞IC₅₀值表明包封CoQ₁₀对癌细胞具有选择性毒性，创造了 therapeutic window（ therapeutic window）。

本研究成功证实了阿魏胶和杏仁胶作为CoQ₁₀包封材料的有效性。通过优化比例(FAFG:AlG为1:1)制备的复合物表现出最高的生物可及性(63.76%)和良好的包封效率(85.27%)。多种表征技术(FTIR、XRD、TGA等)证实了各组分的成功复合和分子间相互作用的存在。包封显著改善了CoQ₁₀的热稳定性和抗氧化活性，同时降低了其对正常细胞的毒性并增强了对癌细胞的抑制作用。

这些发现具有重要意义：首先，为解决CoQ₁₀应用难题提供了有效技术方案；其次，发掘了两种天然胶体的新应用价值；最后，为开发具有协同增强效应的功能性食品和药物递送系统提供了新思路。这种基于天然材料的包封策略不仅提高了CoQ₁₀的生物利用度，还可能通过各组分的协同效应产生额外的健康益处，在食品、制药和化妆品行业具有广阔的应用前景。

研究的创新点在于首次将这两种具有突出药理活性的天然胶体组合用于物质包封，并系统评价了其对于CoQ₁₀多方面性质的改善效果。这种 approach（ approach）不仅解决了CoQ₁₀本身的应用限制，还充分利用了天然材料的固有生物活性，为实现多功能递送系统设计提供了有价值的参考。