壳聚糖-透明质酸双多糖界面协同蜂蜡油凝胶调控高载姜黄素乳液：晶体限域重结晶、氧化稳定性与结肠靶向递送

《Foods》：Bamboo Shoot Shell Powder-Regulated High-Moisture Extruded Soy Protein Isolate: Improving Fibrous Structure and Physicochemical Properties

　　

姜黄素（curcumin）具有抗炎、抗氧化及脂质调节活性，但其水溶性和油溶性较差，在常规乳液中载量低，且在高浓度下易发生重结晶-沉降。本研究提出一种"多糖-界面协同油凝胶介导晶体界面吸附"策略。由鱼油、椰子油和蜂蜡组成的油相经加热-冷却处理，诱导姜黄素和蜂蜡在液滴内部受限重结晶，形成用于晶体包埋的油凝胶基质。水相采用壳聚糖（CS）或静电组装的壳聚糖-透明质酸（CS-HA），并通过肉桂醛-壳聚糖亚胺键构建界面层以稳定高载乳液。经加热-冷却处理的乳液姜黄素包封率>95%，而未加热对照仅约35%。随着蜂蜡浓度增加，乳液内晶体的起始熔融温度从171.1 °C（CS-HA，不含蜂蜡）降至98.8 °C（CS-HA + 6%，6%，w/w，蜂蜡），乳液凝胶强度及离心稳定性和冻融稳定性增强。体外模拟消化过程中，2%（w/w）蜂蜡双多糖乳液（CS-HA + 2%）表现出最佳消化稳定性（79.49%）、生物可及性（20.77%）和估算结肠递送率（62.45%，较游离油提高约32%）。在45 °C加速贮藏14天后，其主要氧化产物较游离油降低约53%。该多糖-油凝胶乳液体系兼具高姜黄素载量、鱼油抗氧化和结肠递送功能，为疏水性生物活性物质的高剂量口服递送提供了参考。

研究背景方面，姜黄素是从姜黄根茎中提取的疏水性多酚类化合物，具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤及调节糖脂代谢等多种生理活性。流行病学和临床证据表明，补充姜黄素可在一定程度上改善致动脉粥样硬化性血脂异常患者的血脂谱，其脂质调节作用与抑制脂质合成、促进脂肪酸氧化及降低氧化应激等机制有关。然而，姜黄素水溶性极差，在油相中溶解度也非常有限（大豆油中约1.3 mg/mL，葵花籽油中约1.1 mg/mL），口服后胃肠道吸收差、代谢迅速、生物利用度低。已有大量纳米载体用于改善其口服递送效率，但姜黄素的实际载量普遍较低，难以满足食品工业保健品开发及体内功效评价的剂量需求。另一方面，越来越多的证据表明姜黄素及其代谢物与下肠道肠道菌群之间存在双向互作，菌群将姜黄素生物转化为活性代谢物，而姜黄素反过来调节菌群组成。因此，将姜黄素靶向递送至结肠而非在小肠快速吸收，可能是其肠道及代谢调节作用的关键机制。多糖基结肠递送系统利用多糖耐受胃和小肠消化而被结肠菌群降解的特性，是结肠靶向的重要手段，但现有载姜黄素结肠递送系统仍普遍存在载药量低和结构稳定性不足的问题。在常规水包油乳液中，高载姜黄素易在油相中结晶并随后沉淀/沉降，大晶体还可刺破油-水界面膜诱导液滴聚并，导致包封率低和系统稳定性差。油相凝胶化是解决这些问题的有前景策略：凝胶剂（如蜂蜡、棕榈蜡和固体脂肪）通过加热-冷却在油相中构建三维晶体网络形成油凝胶，可抑制活性成分的分子迁移和重结晶，显著提高疏水性成分的载量，延缓其释放并改善生物利用度。同时，致密的油凝胶网络可阻碍氧气和自由基的扩散，从而延缓脂质氧化（凝胶硬度与氧化稳定性正相关）。在界面工程层面，多糖为高载乳液的界面稳定提供了温和高效的途径。壳聚糖是罕见的天然带正电荷氨基多糖，可吸附在油-水界面形成阳离子聚电解质膜，通过空间位阻和静电排斥协同稳定液滴。肉桂醛的醛基可与壳聚糖链上的氨基通过原位席夫反应形成亚胺键共价交联，从而将疏水性芳香链段锚定在油-水界面。该界面原位反应无需外加交联剂，在水相条件下自发进行，不仅显著增强界面膜的机械强度，还赋予界面层潜在的抗菌性能，已被证明可有效稳定高内相Pickering乳液。在单多糖界面基础上，引入阴离子透明质酸可与吸附在界面的壳聚糖静电组装，构建更厚更致密的双多糖复合界面层，从而进一步减小液滴尺寸、抑制聚集并增强贮藏稳定性和体外消化稳定性。此外，透明质酸具有优异的黏附性能，可延长载体在胃肠道中的滞留时间，还可被结肠菌群发酵利用并调节菌群代谢（如促进短链脂肪酸产生），契合结肠靶向递送的设计目标。然而，现有油凝胶递送研究主要在油相中单独使用凝胶剂构建晶体结构，油凝胶晶体网络与外部多糖界面之间的协同作用尚不清楚：多糖界面如何与分散的油凝胶协同抑制大姜黄素晶体、界面组成与蜂蜡浓度如何共同调控乳液性质和环境耐受性、以及这种协同如何影响结肠姜黄素递送和鱼油氧化保护，均不明确。基于上述考虑，研究人员提出"多糖界面-油凝胶协同调控晶体"策略构建高载姜黄素结肠靶向乳液。研究人员假设加热-冷却诱导的油凝胶化结合油凝胶网络的限域效应和壳聚糖/透明质酸双多糖界面可增强姜黄素载量；油凝胶网络和界面多糖可限制姜黄素晶体生长，多糖界面作为屏障可改善鱼油氧化稳定性并延缓姜黄素在胃肠道中的释放。为验证该假设，研究人员将鱼油、椰子油和蜂蜡引入油相，通过加热-冷却诱导姜黄素/蜂蜡重结晶形成限域姜黄素晶体的油凝胶骨架；采用壳聚糖（单多糖）或壳聚糖-透明质酸（双多糖）构建界面，肉桂醛-壳聚糖亚胺交联提供界面稳定。系统研究了蜂蜡浓度（0%、1%、2%、6%）和多糖界面组成对液滴尺寸、姜黄素包封率、热学（DSC）和流变学性质、离心和冻融稳定性、体外消化和结肠递送效率及鱼油氧化稳定性的影响。研究得出以下主要结论：经加热-冷却处理后，姜黄素在界面膜限域下于液滴内重结晶，避免了天然大晶体对油-水界面的破坏；双多糖（CS-HA）界面和蜂蜡晶体网络的共同限域使所有加热乳液包封率>95%，且随蜂蜡浓度增加液滴更细小均匀；流变学结果表明所有乳液呈剪切稀化和凝胶样行为（G′ > G″），引入透明质酸和增加蜂蜡浓度可提高黏度和模量；离心和冻融稳定性试验证实蜂蜡油凝胶网络有效抑制界面破坏和油滴聚集（冻融后不稳定指数从0.098降至0.014）；体外模拟消化显示体系呈"高消化稳定性（79.49%）、低小肠生物可及性（20.77%）、高结肠递送效率（62.45%）"的结肠递送特征，同时多糖界面和乳液凝胶结构显著延缓鱼油中氢过氧化物形成和MDA积累。综合各指标，含2%（w/w）蜂蜡的CS-HA乳液（CS-HA + 2%）被确定为最优配方，兼顾均匀微观结构、优异冻融稳定性、最高消化稳定性/估算结肠递送及有效氧化保护而无过度凝胶硬度。该研究的重要意义在于：验证了加热诱导限域重结晶、双多糖界面和油凝胶网络协同设计可实现高载姜黄素稳定化，同时提供鱼油氧化保护和潜在结肠靶向递送，为设计食品级、高载生物活性油结肠递送系统提供了依据，在营养递送和功能食品领域具有应用潜力。

在关键技术方法方面，研究人员采用高速剪切分散（8000 rpm，3 min）制备乳液并结合冰水浴快速冷却诱导液滴内原位油凝胶化；采用紫外-可见分光光度法（420 nm）测定姜黄素包封率；采用激光粒度仪测定粒径分布（D_3,2和D_4,3）；采用光学显微镜和冷冻扫描电子显微镜（Cryo-SEM）表征微观形貌；采用差示扫描量热法（DSC）分析晶体熔融行为；采用流变仪进行剪切速率扫描、应变扫描和频率扫描；采用LUMiSizer稳定性分析仪评价离心稳定性；通过三次冻融循环评价冻融稳定性；采用INFOGEST静态体外消化模型（口腔-胃-小肠三阶段）评价消化稳定性、生物可及性和估算结肠递送效率；通过45 °C加速贮藏14天测定过氧化值（POV）和丙二醛（MDA）评价氧化稳定性。本研究未涉及特定样本队列来源。

研究结果方面，3.1 高载乳液凝胶的理化性质：新鲜制备的含姜黄素和鱼油乳液均匀呈黄色，无析油或相分离；除CS-HA + 2%和CS-HA + 6%外，所有乳液呈多峰分布（主峰约10 μm，次峰数百微米），归因于小油滴絮凝和/或聚并为大聚集体，而CS-HA + 2%和CS-HA + 6%呈约10 μm的单峰分布，该多峰向单峰转变由内部凝胶强度驱动——低蜂蜡浓度（0%和1%）下油相凝胶网络不足以完全抑制加热-冷却后姜黄素晶体生长，大晶体破坏油-水界面诱导液滴聚并，而较高蜂蜡浓度（2%和6%）增加凝胶强度，强效限制晶体生长并防止界面破坏，从而消除大聚集体；未加热油相制备的乳液包封率（约35%）显著低于加热制备乳液（均>95%），归因于姜黄素的高疏水性和热性质——姜黄素室温下在液态油中溶解度仅数mg/g，熔点约183 °C，室温下以固体晶体存在，本研究载量（20 mg/g）远超其溶解极限，需加热完全熔融姜黄素晶体，乳化冷却后姜黄素在油滴受限空间内重结晶，空间限域（主要由油-水界面提供，并进一步由CS/HA层和蜂蜡网络增强）将晶体限制在细小尺寸，防止其生长为大晶体破坏界面膜导致聚并；光学显微镜显示所有样品形成球形油滴，但CS-No heating组液滴较大且有明显局部聚并，加热CS组液滴尺寸整体减小但仍以大量小液滴簇为主，CS-HA双多糖系统液滴显著更小更均匀，其中含2%和6%蜂蜡的CS-HA乳液液滴最小最均匀、几乎无大聚集体；Cryo-SEM显示CS-No heating组颗粒呈球形表面光滑、颗粒独立无明显界面黏附但存在大而不规则油滴表明油滴聚集，CS-HA双多糖系统中颗粒间出现连续皱褶膜状基质、颗粒边界模糊、颗粒被多糖基质包裹，加入蜂蜡后颗粒球形度进一步降低、颗粒表面出现大皱褶膜状结构并出现带孔隙的连续膜层结构。3.2 热分析（DSC）：所有样品加热过程中均观察到吸热峰，对应组分（主要为姜黄素晶体）熔融；CS-No heating组起始温度184.8 °C、峰值温度189.6 °C，与天然姜黄素晶体熔点（约183 °C）一致且峰形尖锐；加热单壳聚糖乳液（CS）起始温度降至175.4 °C、峰形变宽、峰值温度195.1 °C；CS-HA双多糖系统起始温度进一步降至171.1 °C、峰值温度174.0 °C；引入蜂蜡后起始和峰值温度随蜂蜡浓度增加持续向低温移动，CS-HA + 1%、+2%、+6%起始温度分别为148.7 °C、135.9 °C、98.8 °C，峰值温度分别为176.2 °C、150.9 °C、110.8 °C，峰形逐渐由尖锐变为宽而扁平；由于纯蜂蜡熔融约62 °C远低于本观察窗口（98.8–189.6 °C），吸热峰不能归因于蜂蜡自身独立熔融，而是蜂蜡与姜黄素、鱼油和椰子油共结晶形成油凝胶网络、姜黄素晶体分散并"锚定"于油凝胶中，涉及共晶结晶或与蜂蜡等脂质组分的部分混溶，破坏晶体规整性。3.3 流变学性质：所有乳液呈典型剪切稀化行为，黏度总体顺序为CS-HA + 6% > CS-HA + 2% > CS-HA + 1% > CS-HA > CS > CS-No heating；Power Law模型拟合R²均>0.996，稠度指数K从CS-No heating的9.574 Pa·sⁿ增至CS-HA + 6%的38.128 Pa·sⁿ，流动行为指数n均远小于1（0.196–0.325），确认为典型假塑性流体；应变扫描显示低应变下所有样品G′ > G″呈凝胶样行为，随应变增加所有系统在临界屈服点后由固样向液样转变，CS-HA + 6%和CS-HA + 2%显示最宽线性黏弹区和最高屈服应变（约100%）；频率扫描显示所有样品全频率范围G′ > G″，G′近乎恒定（平台样）而G″增加更明显，表明存在稳定弹性网络。3.4 乳液稳定性：（1）离心稳定性——离心前所有样品均匀亮黄色无相分离，离心2 h后各组无漏油，但CS-No heating组管底可见姜黄素晶体沉积，其他组未见明显晶体沉淀；不稳定指数均远低于0.03，透射曲线离心过程中仅轻微偏移，CS-HA + 6%组红绿曲线几乎重合表明离心稳定性最高；差异主要归因于界面膜强度和油相凝胶化程度。（2）冻融稳定性——三次冻融循环后，不含蜂蜡的单多糖和双多糖乳液均出现明显上层浮油，因冻融过程冰晶破坏油-水界面导致油滴泄漏和聚并；含蜂蜡油相的双多糖乳液上层浮油明显减少；冻融后1 h不稳定指数分别为CS-No heating（0.168）、CS（0.129）、CS-HA（0.098）、CS-HA + 1%（0.074）、CS-HA + 2%（0.025）、CS-HA + 6%（0.014）；显微镜观察显示加热制备乳液冻融稳定性优于未加热高载姜黄素乳液凝胶，双多糖乳液优于单多糖乳液，含蜂蜡且蜂蜡浓度更高（凝胶强度更强）者更耐冻融循环。3.5 体外消化分析：视觉外观显示姜黄素悬浮油组在初始和口腔阶段出现明显油-水分离，而三种包封姜黄素和鱼油的乳液在口腔和胃阶段保持均匀黄色乳液状态、无明显分离或油滴聚集；小肠阶段四组均呈亮黄色乳液；姜黄素消化稳定性为Oil 45.10 ± 3.19%、CS 63.99 ± 2.60%、CS-HA 70.93 ± 0.71%、CS-HA + 蜂蜡 79.49 ± 3.74%，蜂蜡双多糖乳液组显著高于其他组；生物可及性为Oil 33.54 ± 2.02%、CS 28.90 ± 1.29%、CS-HA 26.61 ± 0.09%、CS-HA + 蜂蜡 20.77 ± 0.76%，蜂蜡双多糖乳液组显著最低；估算结肠递送为Oil 30.30 ± 3.29%、CS 45.85 ± 2.58%、CS-HA 52.02 ± 0.59%、CS-HA + 蜂蜡 62.45 ± 2.93%，蜂蜡双多糖乳液组显著最高；该"高稳定性-缓慢小肠吸收-高结肠递送"关系正是结肠靶向系统的核心特征。3.6 氧化稳定性：加速贮藏期间，第0天所有组初级氧化产物含量均处于低水平（约3 mmol/kg油），组间无显著差异；第7天游离油相高达30.48 ± 0.44 mmol/kg，而CS乳液仅11.55 ± 0.20 mmol/kg（较油相降低约62%），CS-HA乳液降至11.73 ± 0.89 mmol/kg，含2%蜂蜡的CS-HA + 蜂蜡乳液为10.41 ± 1.49 mmol/kg；第14天游离油相升至48.84 ± 2.14 mmol/kg，CS、CS-HA和CS-HA + 蜂蜡组分别为26.58 ± 0.10、23.77 ± 0.88和23.03 ± 0.92 mmol/kg，乳液组均显著低于游离油相，含蜂蜡双多糖乳液组显著低于单多糖乳液组；MDA趋势与POV基本一致，第7天游离油相为3.36 ± 0.14 mmol/kg，与CS组（3.54 ± 0.27 mmol/kg）无显著差异，CS-HA和CS-HA + 蜂蜡组分别降至1.49 ± 0.17和1.24 ± 0.11 mmol/kg；第14天各组MDA为油相7.22 ± 0.46、CS 4.18 ± 0.25、CS-HA 2.30 ± 0.39、CS-HA + 蜂蜡2.21 ± 0.30 mmol/kg，总体维持"游离油相 > CS > CS-HA ≈ CS-HA + 蜂蜡"的递减趋势；结果表明乳化本身对鱼油氧化具有显著保护作用，双多糖界面和油相凝胶化进一步增强该作用，双多糖界面是氧化保护的主要贡献者，而蜂蜡油凝胶主要贡献于晶体限域、贮藏稳定性和结肠滞留且对脂质氧化无不良影响。

讨论部分总结：本研究基于加热诱导液滴内限域重结晶与蜂蜡油凝胶调控的协同策略，构建了多糖界面稳定的高载姜黄素结肠递送乳液凝胶。油相经加热熔融、乳化并快速冷却后，姜黄素在界面膜限域下于液滴内重结晶，避免了天然大晶体对油-水界面的破坏。双多糖（壳聚糖-透明质酸）界面和蜂蜡晶体网络的共同限域使所有加热乳液包封率>95%，且随蜂蜡浓度增加液滴更细小均匀。流变学结果表明所有乳液呈剪切稀化和凝胶样行为（G′ > G″），引入透明质酸和增加蜂蜡浓度可提高黏度和模量。离心和冻融稳定性试验证实蜂蜡油凝胶网络有效抑制界面破坏和油滴聚集。体外模拟消化显示体系呈"高消化稳定性（79.49%）、低小肠生物可及性（20.77%）、高结肠递送效率（62.45%）"的结肠递送特征，同时多糖界面和乳液凝胶结构显著延缓鱼油中氢过氧化物形成和MDA积累。综合各指标，含2%（w/w）蜂蜡的CS-HA乳液被确定为最优配方。本研究局限性在于：INFOGEST协议仅模拟口腔、胃和小肠阶段，未模拟结肠阶段（包括菌群介导发酵和实际结肠释放），估算结肠递送效率为预测性估计；当前发现基于体外模型，仍需体内动物研究确认姜黄素的实际生物利用度、代谢命运和结肠靶向功效。未来工作将纳入结肠发酵模型和体内动物实验以进一步验证和优化该递送系统用于功能食品。研究结论翻译：这些结果支持了工作假设，即加热诱导限域重结晶、双多糖界面和油凝胶网络的协同设计可实现高载姜黄素稳定化，同时提供鱼油氧化保护和潜在结肠靶向递送。该策略为设计食品级、高载生物活性油结肠递送系统提供了依据，在营养递送和功能食品领域具有应用潜力。