一种基于赖氨酸/海藻酸盐复合纳米粒子的新型可食用全生物质 Pickering 乳液涂层，用于姜黄素递送及活性水果保鲜

《Food Hydrocolloids》：A novel edible, all-biomass Pickering emulsion coating based on Lys/Alg composite nanoparticles for Curcumin delivery and active fruit preservation

　　

•通过双重交联制备了稳定的食品级两亲性溶菌酶/海藻酸钠（Lys/Alg）纳米颗粒乳化剂
•通过简单的乳化工艺成功开发了可食用、全生物质来源的多功能Pickering乳液
•Lys/Alg作为有效的Pickering稳定剂，增强了姜黄素的稳定性和生物利用度
•所开发的乳液表现出高抗氧化性能（99.02%）和广谱抗菌活性
•乳液涂覆有效延长了多种水果的保质期。

引言

全球每年约有13亿吨食物被浪费或损失，造成巨大的经济损失和资源浪费（Hu等，2023）。这一问题的突出表现在易腐果蔬领域，它们约占食物浪费总量的40%（Feng等，2025）。新鲜水果是健康饮食的重要组成部分，因其宜人的香气、卓越的口感和丰富的营养含量而深受消费者喜爱（Kim等，2025；L. Yuan等，2024）。然而，在采收、包装和运输过程中，新鲜水果常常因损伤、氧化和微生物附着而腐败变质，尤其是含水量和糖分较高的品种（如草莓、香蕉）（Jung等，2020；X. Yuan, Zhou, Wang, Liu & Yang，2024）。因此，开发绿色解决方案以延长保质期、应对食物浪费具有重要意义（M. Zhang等，2022）。

目前，各种技术被用于水果保鲜，包括打蜡、低温冷藏、气调包装、塑料包装膜和生物质保鲜涂层（Han等，2023；Huang等，2025；Xie等，2025）。尽管这些保鲜技术可以延长水果的保质期，但它们缺乏抗菌性能，并且可能带来安全风险和环境污染（Weng, Cai, Luo & Wang，2025）。例如，水果表面的蜡质附着使清洗和去除变得困难，可能影响水果风味并带来潜在健康风险（Prasad等，2025；Zhou等，2023）。低温冷藏和气调包装伴随高运行成本和大量能源消耗（Fidalgo等，2020；Geng, Jiang, Bian & Huang，2024）。同样，商业塑料包装膜往往缺乏抗菌和抗氧化性能，导致保鲜效果不佳（Fu等，2023；Su等，2023）。此外，塑料包装膜降解产生的微塑料颗粒渗入生态系统，造成长期且显著的损害（P. Zhang, Ma, Le & Ding，2023）。近年来，生物质保鲜涂层作为一种有前景的水果保鲜技术应运而生（W. Yang等，2021；L. Zhang等，2025）。该方法利用生物质材料（如多糖、油脂、蛋白质），通过浸泡或涂覆在水果表面形成均匀的保护膜（S. Yuan等，2023）。近年来，许多研究聚焦于多糖、脂质和蛋白质来源的保鲜材料。然而，这些方法通常以复杂的合成工艺为特征，阻碍了大规模生产，导致生产成本高昂，并且继续面临稳定性差和缺乏全面生物安全评估等挑战（Chen, Li & Tang，2015；Yue, Miao & Feng，2023）。例如，某些由精油合成的涂层材料由于其固有的不稳定性，抗菌性能随时间推移而下降，导致食品保鲜效果不理想（Ran等，2023；Z. Yang等，2023）。

与当前侧重于单一生物质材料（蛋白质、多糖或脂质）来源保鲜材料的研究趋势不同，本工作旨在结合多种天然成分的优势，构建更为有效的活性保鲜体系。多酚类化合物作为植物次生代谢物，主要存在于水果、蔬菜和茶叶中，由于其酚羟基的高反应活性和结构多样性，在食品保鲜中表现出出色的抗氧化和抗菌性能（Li等，2022；Roy & Rhim，2020；Yin等，2024）。Pan等证明，用苹果多酚处理猪肉可以抑制蛋白质和脂肪的氧化（Pan等，2025）。Miao等制备了含有姜黄素负载Pickering乳液的细菌纤维素膜，以增强巴沙鱼保鲜过程中的稳定性（Miao等，2024）。姜黄素是从姜黄根茎中提取的天然多酚类化合物，可食用，对人体无毒，并表现出抗炎、抗病毒、抗菌、抗氧化和抗癌等一系列生物活性（Tang等，2019；Zhong, Luo, Xiong, Liu & Ye，2024）。然而，其实际应用受到水溶性差、对环境胁迫高度敏感以及在水溶液中快速降解等问题的严重制约（Ma等，2021；Zhao, Jia, Zhang, Wang & Zhang，2024）。

为解决上述挑战，乳液基递送系统中的包封技术被广泛探索，以提高姜黄素的分散性、稳定性和生物利用度。姜黄素中的酚羟基促进了其与两亲性载体的相互作用，实现有效包封。传统的纳米乳液和脂质体系统已被应用，提供了适度的稳定性提升（Liu, Li, Qin & Zhong，2020）。近年来，基于蛋白质和颗粒稳定化的系统取得了令人瞩目的进展：乳清蛋白纳米纤维在酸性条件下将姜黄素溶解度提高了约1200倍，同时增强了其抗氧化活性（Mohammadian等，2019）；壳聚糖-三聚磷酸钠纳米颗粒稳定的Pickering乳液则提供了改善的物理稳定性和可控释放性能（Shah等，2016）。

尽管取得了上述进展，许多乳液系统仍受限于对化学表面活性剂的依赖、有限的长期稳定性和不足的环境可持续性等问题（Z. Wang等，2022；Xu等，2022）。此外，Pickering乳化剂依赖单一组分蛋白质或多糖，往往难以实现高效包封和集成化功能（Y. Zhang等，2023；Yiqin Zhang等，2024）。一种有前景的替代方案在于结合蛋白质与多糖的复合颗粒（Ribeiro, Morell, Nicoletti, Quiles & Hernando，2021）。这类混合系统利用两种生物聚合物的互补特性，例如蛋白质的界面活性和多糖的结构或凝胶能力，创造出性能增强的坚固多功能乳化剂（Hashemi, Assadpour, Wang & Jafari，2025）。这些全生物质基颗粒具有适当的两亲性和界面润湿性，能够在油-水界面实现不可逆吸附并形成凝聚性屏障。此外，其三维网络为疏水性生物活性化合物（如姜黄素）的有效负载和稳定提供了保护基质，从而将递送功能与结构完整性和环境兼容性统一起来（X. Yan等，2024）。溶菌酶（Lys）是一种天然抗菌蛋白，富含于蛋清中，兼具疏水基团和亲水基团，赋予其两亲性乳化潜力（Bai等，2023）。然而，单独使用时其乳化稳定性往往因界面膜薄弱和环境敏感性而受损。海藻酸钠（Alg）是一种天然阴离子多糖，可形成连续的界面膜，并在Ca2?诱导下发生温和的"蛋盒"凝胶化。然而，其强亲水性限制了单独使用时的界面活性。Alg的关键优势在于其作为构建复合乳化剂的通用多糖基质。通过与蛋白质静电复合物形成，随后与Ca2?交联，Alg能够实现双网络凝胶颗粒的形成。这种结构显著增强了颗粒的机械韧性和环境耐受性（例如对pH值和离子强度变化的耐受），促进其在油-水界面的不可逆吸附并形成凝聚性屏障。此外，所形成的三维凝胶网络为疏水性生物活性化合物提供了有效的包封和保护基质，防止其降解，从而将乳化、稳定化和递送功能融为一体（Fan等，2022；Luo等，2025）。

在本研究中，我们开发了一种新型可食用、全生物质两亲性Lys/Alg复合纳米颗粒，作为化学表面活性剂的可持续替代品。这些颗粒通过静电相互作用和离子交联，由绿色可食用的溶菌酶和海藻酸钠制备而成。通过将姜黄素包封于Lys/Alg纳米颗粒中，成功制备了姜黄素负载的油包水（O/W）Pickering乳液（CLAPE），显著提高了姜黄素的负载量和稳定性。本研究系统研究了不同Lys/Alg比例对粒径、ζ电位、储存稳定性和界面润湿性的影响，以确定稳定Pickering乳化剂的最优配方。分子对接模拟被用于阐明Lys/Alg与姜黄素之间的氢键、静电作用和疏水作用等相互作用机制。乳液的流变特性、热稳定性、姜黄素持续释放特性以及在体外抗氧化和抗菌活性得到了全面表征。最后，通过将CLAPE用作草莓等易腐水果的可食用涂层，验证了其实际应用价值，展现出延长保质期和维持采后质量的巨大潜力。

材料

海藻酸钠（AR，≥99%），上海麦克林试剂有限公司（中国上海）；玉米油（AR，≥99%），阿拉丁试剂有限公司（中国上海）；无水氯化钙（CaCl?）（AR，≥99%），广东光华科技股份有限公司（中国汕头）。溶菌酶，生物试剂（BR，20,000 u/mg），上海源叶生物科技有限公司（中国上海）；大肠杆菌和铜绿假单胞菌由广西壮族自治区科学院提供。实验中使用的所有水均为自制。

形貌与结构

在不同溶菌酶浓度下制备了Lys/Alg纳米颗粒，以优化纳米颗粒乳化剂的制备。其中，C1-Lys/Alg配方（质量比：Alg/CaCl?/Lys = 10:1:11.67）在激光照射下表现出最明显的丁达尔效应（图1a），证实其存在于纳米尺度。图1a直观地证实了姜黄素负载Pickering乳液（CLAPE）的成功配制，显示出水面以上有明显的乳液层。

结论

本研究通过静电自组装和离子交联成功制备了食品级两亲性Lys/Alg纳米颗粒乳化剂。这些纳米颗粒作为有效的Pickering稳定剂，配制了姜黄素负载的油包水乳液（CLAPE）。稳定化机制主要由氢键、静电作用和疏水作用驱动，促进了颗粒在油-水界面的不可逆吸附，形成坚固的……

作者贡献声明

伏立华：软件，形式分析。徐传辉：软件，资源，形式分析。林宝峰：写作——审阅与编辑，可视化，监督，项目管理，基金获取。梁路：验证，调查。党明飞：资源，调查。魏福祥：验证，调查。蒋凤琼：写作——初稿，方法论，形式分析，概念化。樊超然：写作——初稿，方法论，形式分析，概念化。

未引用参考文献

Chen等，2015；Yuan等，2024；Zhang等，2023；Zhang等，2024。

说明

作者声明不存在利益冲突。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢国家自然科学基金（51863001和22175045）和广西自然科学基金重点项目（2021GXNSFDA220005）的资助。模拟工作由广西大学高性能计算平台支持。

蒋凤琼 | 樊超然 | 党明飞 | 魏福祥 | 梁路 | 伏立华 | 徐传辉 | 林宝峰