《Food Chemistry》：Astaxanthin-zein-polysaccharide nanoparticles via intelligent microfluidics: Ionic-type polysaccharides differentially regulate stability and intestinal sustained release
编辑推荐：
•利用智能微流控技术，将玉米醇溶蛋白与六种不同的多糖结合，制备了六种虾青素纳米粒。•多糖显著调控了虾青素纳米粒的微观结构、理化性质和功能特性。•AST-GA纳米粒表现出最佳的理化性质、稳定性、抗氧化活性和胃肠道缓释特性。•阿拉伯胶的亲水分支链和疏水蛋白结构域赋予AST-GA纳
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利用智能微流控技术，将玉米醇溶蛋白与六种不同的多糖结合，制备了六种虾青素纳米粒。
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多糖显著调控了虾青素纳米粒的微观结构、理化性质和功能特性。
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AST-GA纳米粒表现出最佳的理化性质、稳定性、抗氧化活性和胃肠道缓释特性。
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阿拉伯胶的亲水分支链和疏水蛋白结构域赋予AST-GA纳米粒最佳界面相容性。
引言
虾青素（AST），3,3'-二羟基-β,β-胡萝卜素-4,4'-二酮，是一种脂溶性色素和天然类胡萝卜素，存在于雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）、酵母以及蟹、虾、鲑鱼等水生生物中（Li等，2021；Hu等，2023；Li等，2023）。其分子结构包含不饱和酮、共轭双键和羟基。长共轭双键链通过淬灭单线态氧和清除自由基来终止链式反应（Yang等，2020；Zhang等，2021；Zhang等，2022；Chen等，2022）。它还抑制生物样品中的脂质过氧化，效果优于维生素E、β-胡萝卜素和辅酶Q10（Aneesh等，2022；Sorasitthiyanukarn等，2022；Sun等，2023）。然而，由于其不饱和和共轭结构，它对光、氧化和热极为敏感（Yu等，2022）。AST几乎不溶于水（Huang等，2022），导致肠吸收效率低，因为只有少量AST能在胃肠道中被吸收，使其难以作为补充剂或色素掺入食品体系中（Sun等，2023）。
纳米技术为增强脂溶性生物活性化合物的水溶性和生物利用度提供了有效策略，纳米分散体系可显著提高这些性质（Liu等，2024）。为提高AST的稳定性与生物利用度，脂质体、微胶囊、核壳结构和纳米乳液等递送系统已被证实能有效增强脂溶性生物活性物质的稳定性与消化释放行为（Fareed等，2022；Martínez-álvarez等，2020）。然而，传统制备方法繁琐且耗时，难以实现智能化连续生产。
具有计算机集成控制的微流控技术作为一种"芯片实验室"，已成为纳米科学与技术领域增长最快的前沿方向之一，能够实现高效、高重复性的生产，精确控制颗粒特性，并进行大规模纳米粒制备（Qi等，2025；Guo等，2026）。这种智能制备技术已成功应用于mRNA疫苗（COMIRNATY?）和siRNA药物（ONPATTRO?）的生产，作为高效封装、保护和不稳定组分递送的理想载体。微流控技术融合生物学与计算机科学的综合优势，在食品工业中实现了创新应用，促进了工程技术、生命科学与食品科学之间的深度跨学科融合。
玉米醇溶蛋白（Zein）是一种源自玉米的醇溶蛋白，具有低水溶性、生物相容性和可生物降解性，且已获FDA批准（Zhang等，2021；Yuan等，2019）。由于其含50%以上的非极性氨基酸，Zein表现出疏水表面和亲水的N端与C端（Li等，2023）。它被广泛应用于食品领域，用于纳米粒、纳米纤维、乳液凝胶和复合膜，可实现生物活性化合物的封装、保护和控释（Li等，2023；Dehcheshmeh等，2019；Soltani等，2015；Fan等，2018；Liu等，2018；Luo等，2011）。多糖包衣通过降低疏水性并增强静电排斥和空间位阻来改善Zein纳米粒的稳定性（Hu等，2015；Wang等，2022；Cheng等，2017；Huang等，2016）。
以下多糖材料已被证明与玉米醇溶蛋白具有高度协同潜力。阿拉伯胶（GA）是一种源自金合欢树的树枝状、水溶性聚阴离子多糖。它含有β-1,3-d-半乳糖吡喃糖骨架，侧链通过β-1,6-糖苷键连接。GA的高度分支结构和丰富的极性官能团赋予其良好的两亲性和低粘度，有助于通过静电和空间位阻稳定机制制备稳定的核壳纳米粒。GA已被用作Zein纳米粒的稳定剂，多项研究证实Zein-GA纳米复合物具有优异的长期稳定性（Chen等，2015；Dai等，2018）。果胶（PE）是一种天然聚阴离子多糖，具有α-1,4-连接的D-半乳糖醛酸骨架（Lira-Ortiz等，2014；Wang等，2016），富含甲酯和羧基，表现出pH响应性凝胶化和优异的生物相容性，可通过分子间作用力紧密结合疏水生物活性分子，与Zein复合颗粒形成Pickering乳液，表现出良好的番茄红素保护效果（Zhang等，2021）。羟丙基甲基纤维素（HPMC）是一种半合成非离子型纤维素醚，具有β-1,4-连接的d-葡萄糖骨架，是一种食品级水溶性纤维素衍生物，在食品工业中广泛用作凝胶剂、稳定剂、增稠剂和乳化剂，与Zein结合时表现出令人满意的稳定性（Zhang等，2025）。壳聚糖（CH）是一种β-1,4-连接的D-氨基葡萄糖和N-乙酰-D-氨基葡萄糖的阳离子共聚物（Shahram等，2013），可与Zein在食品应用中进行结合（Pavlátková等，2023）。瓜尔胶（GG）是一种水溶性、非离子型、高分子量的半乳甘露聚糖。它由线性β-1,4-D-甘露聚糖骨架和α-1,6-半乳糖侧链组成（Akrami-Hasan-Kohal等，2020；Mohammadinejad等，2020），可与Zein结合以增强生物性能（Nezhad-Mokhtari等，2021）。黄原胶（XG）是一种典型的聚阴离子多糖，具有β-1,4-连接的d-葡萄糖骨架和刚性螺旋三糖侧链（D-甘露糖/葡萄糖醛酸/D-甘露糖），最近被评估用于稳定食品乳液（Santos等，2020）。
基于上述研究背景，本研究创新性地采用计算机集成微流控技术制备AST-Zein-多糖三元纳米粒。这种常温限域自组装策略避免了不稳定的AST受热损伤，且此前未有关于这种三元复合纳米粒的微流控构建报道。进一步应用了六种具有不同离子特性的多糖（GA、PE、HPMC、CH、GG和XG），系统探索它们对纳米粒组装和性能的调控效应。利用分子对接阐明了AST与Zein之间的相互作用机制。通过多维表征、稳定性测试、抗氧化评价和体外胃肠模拟，全面比较了不同AST纳米粒的结构差异、保护效果和释放行为。本研究为解决AST水溶性差、易氧化和生物利用度低的问题提供了有效策略，为蛋白-多糖递送系统在功能性食品领域的进一步应用和发展奠定了基础。
部分摘要
材料
虾青素（AST，96 wt%）购自山东科源有限公司。玉米醇溶蛋白（货号Z3625）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。阿拉伯胶（GA，粘度60–100 mPa·s）购自上海美吉生物技术有限公司。果胶（PE，粘度100–200 mPa·s）、壳聚糖（CH，粘度10–100 mPa·s）、胃蛋白酶、胰蛋白酶和2,2-二苯基-1-苦肼基（DPPH，纯度＞96%，分子量394.32）购自麦克林生化技术有限公司（中国上海）。羟丙基甲基纤维素（HPMC，II型，甲氧基含量19–24%，羟丙氧基含量4–12%，
扫描电镜表征的表面形貌
为进一步探索冻干AST纳米粒的形貌差异，进行了SEM表征。纳米粒的微观结构多样性主要受不同多糖的固有分子特征支配。在所有组别中，AST-GA纳米粒、AST-HPMC纳米粒和AST-CH纳米粒（图1B、D、E）通过冻干升华-支架效应形成了疏松的孔隙网络结构（Li等，2021）。值得注意的是，GA独特的树枝状高度分支结构和丰富的极性官能团
结论
在本研究中，利用微流控技术制备了AST纳米粒，并对由六种多糖（GA、PE、HPMC、CH、GG和XG）组成的AST纳米粒进行了系统比较。结果表明，AST-GA纳米粒是最佳选择，表现出最小的粒径（80.8 ± 2.6 nm）、低PDI（0.116 ± 0.054）、最高的包封率（87.6 ± 1.8%）和载药量（5.43 ± 0.22%），以及强DPPH和ABTS清除活性（分别为87.17 ± 1.13%和90.51 ± 1.76%）。SEM/TEM观察
作者贡献声明
徐梦菊：写作–审阅与编辑，写作–初稿，方法学，调查，数据整理。赵瑞涛：可视化，调查，形式分析。苗雨萌：验证，方法学。王伟：软件，形式分析。梁晓夫：方法学，调查。严维宇：调查。邱子健：可视化。张永民：资源。周佳平：形式分析。李明远：写作–审阅与编辑，监督，项目管理，概念构思。
未引用参考文献
Chen和Zhong，2015
Cheng和Jones，2017
Dai等，2018
Dai、Sun、Wei、Mao和Gao，2018
Dehcheshmeh和Fathi，2019
Forato等，2004
Guliyeva和Gasymov，2020
Li、Wang和Xiao，2023
Li等，2023
Liu等，2018
Liu等，2024
Liu等，2024
Liu、Zhang、Yu、Wu和Li，2018
Ma等，2025
Ma、Zhang、Yan和Wang，2025
Mohrhusen和Osmi?，2017
Pal和Agarwal，2024
Pinho和Piedade，2013
Qi和Hu，2025
Sharmila和Selvaraj，2025
Soltani和Madadlou，2016
Wang等，2025
Wang等，2025
Wi?cek
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
感谢中国科技大学现代分析技术研究中心提供的技术支持。
徐梦菊|赵瑞涛|苗雨萌|王伟|梁晓夫|严维宇|邱子健|张永民|周佳平|李明远
