《Foods》:Fabrication of High-Load Curcumin Emulsion Gels via Heat-Induced Confined Recrystallization and Polysaccharide–Beeswax Oleogel Synergy: Oxidation Protection and Gastrointestinal Delivery
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姜黄素具有抗炎、抗氧化及调脂活性,但其水溶性差、油相溶解度低,常规乳液中负载量低,且高浓度下易发生重结晶-沉降。研究人员提出“多糖-界面协同油凝胶介导的晶体界面吸附”策略:以鱼油、椰子油与蜂蜡构成油相,经加热-冷却在液滴内诱导姜黄素与蜂蜡限域重结晶,形成封装晶
姜黄素具有抗炎、抗氧化及调脂活性,但其水溶性差、油相溶解度低,常规乳液中负载量低,且高浓度下易发生重结晶-沉降。研究人员提出“多糖-界面协同油凝胶介导的晶体界面吸附”策略:以鱼油、椰子油与蜂蜡构成油相,经加热-冷却在液滴内诱导姜黄素与蜂蜡限域重结晶,形成封装晶体的油凝胶基质;水相采用壳聚糖(CS)或壳聚糖-透明质酸(CS-HA)静电组装体系,并利用肉桂醛与壳聚糖氨基构建亚胺键强化界面层。经加热-冷却处理的乳液姜黄素封装效率(EE)高于95%,未加热对照组仅约35%。随蜂蜡浓度升高,乳液内晶体起始熔融温度由171.1 ℃(CS-HA无蜂蜡)降至98.8 ℃(CS-HA+6%),凝胶强度、离心与冻融稳定性增强。体外模拟消化中,2%蜂蜡双多糖体系(CS-HA+2%)呈现最优消化稳定性(79.49%)、生物可及性(20.77%)及预估结肠递送率(62.45%,较游离油提高约32%)。45 ℃加速储存14天后,其初级氧化产物较游离油降低约53%。该多糖-油凝胶乳液系统兼顾高姜黄素负载、鱼油抗氧化与结肠递送,为疏水活性物高剂量口服递送提供参考。
研究背景方面,姜黄素(curcumin)作为疏水性多酚,虽具抗炎、抗氧化与调脂生理活性,但水溶性极差、油相溶解度有限,口服吸收差且代谢快。传统油包水乳液在高负载下易出现姜黄素重结晶、晶体刺破油水界面导致聚并沉降,载体载量低难以满足食品健康品开发需求。同时,姜黄素与肠道菌群存在双向互作,结肠靶向释放可能比小肠快速吸收更具代谢调节价值;多糖载体可抗胃肠消化、被结肠菌群降解,但既有结肠递送体系仍受限于低载量与结构不稳。现有油凝胶研究多单独以胶凝剂构建油相晶体,多糖界面与分散油凝胶的协同机制不清。基于此,研究人员假设:加热-冷却诱导油凝胶化,结合油凝胶网络限域与壳聚糖/透明质酸(HA)双多糖界面,可抑制大晶体生长、提升负载与结肠递送,并保护鱼油氧化。
研究人员以鱼油、椰子油、蜂蜡为油相,加载20 g/kg姜黄素与10 g/kg肉桂醛;水相为单壳聚糖或壳聚糖-透明质酸双多糖体系(pH 5.0)。油相高温熔化后与原位乳化、冰浴速冷,使姜黄素在液滴内限域重结晶并形成油凝胶网络。通过粒径与形貌、差示扫描量热(DSC)、流变、离心与冻融稳定性、INFOGEST静态体外消化(口-胃-肠三段,未含结肠发酵)、45 ℃加速氧化评价系统表征。
主要关键技术方法包括:高通量剪切乳化结合热诱导限域重结晶制备乳液凝胶;激光粒度与光学/低温扫描电镜(cryo-SEM)表征介观结构;DSC与振荡流变学解析晶体热力学与凝胶力学;LUMi-Sizer离心分析与冻融循环评估物理稳定性;基于INFOGEST的体外模拟消化计算封装稳定性、生物可及性与预估结肠递送效率;以过氧化值(POV)与丙二醛(MDA)评价鱼油氧化稳定性。
研究结果如下。
3.1 高负载乳液凝胶的理化性质
经粒径、显微形貌与EE测试,未加热组EE约35%,加热组均高于95%;双多糖+2%与6%蜂蜡呈单峰均匀分布(D4,3约10与7.7 μm),低蜂蜡组存在大聚集体。表明热限域重结晶联合双多糖界面可细化晶体、抑制界面破裂。
3.2 热分析(DSC)
DSC显示无热对照组姜黄素熔融起始184.8 ℃,接近本征熔点;加热双多糖体系随蜂蜡增加,起始温度降至98.8 ℃、峰形变宽。说明油凝胶网络降低晶体有序度与尺寸,限域效应改变热力学行为。
3.3 流变性质
所有体系剪切变稀且G′>G″;引入HA与蜂蜡后黏度、储能模量、屈服应变递增,CS-HA+6%最强。证明双多糖界面与油凝胶网络共同构建三维弹性骨架。
3.4 乳液稳定性
离心实验中CS-HA+6%不稳定指数最低、无晶体沉积;冻融后无蜂蜡组析油明显,2%与6%蜂蜡组不稳定指数由0.098降至0.014与0.025。表明油相凝胶化显著提升抗机械与冷冻破坏能力。
3.5 体外消化分析
口胃阶段乳液均一;肠段后CS-HA+2%消化稳定性79.49%、生物可及性20.77%、预估结肠递送62.45%,显著高于游离油与单多糖组,呈现“高稳定-小肠缓释-高结肠滞留”特征。
3.6 氧化稳定性
无姜黄素配方加速储存14天,游离油POV达48.84 mmol/kg,CS-HA+2%仅23.03 mmol/kg,MDA同步降低。双多糖界面是抗氧化主要屏障,蜂蜡不劣化脂质氧化。
讨论与结论部分:研究人员指出,热诱导限域重结晶、双多糖界面与蜂蜡油凝胶三者协同是实现高负载姜黄素稳定的核心——界面膜限制晶体生长空间,油凝胶网络锚定晶体并延缓释放,双多糖层同时阻隔氧气、金属离子与自由基,保护鱼油。CS-HA+2%因兼顾均匀微观结构、冻融稳定、高消化滞留与氧化保护,被确定为最优配方。研究局限在于未模拟结肠发酵与实际体内代谢,“预估结肠递送率”仅为预测指标。结论原文要点翻译为:该研究基于“液滴内热源限域重结晶+蜂蜡油凝胶调控”协同策略,构建多糖界面稳定的高负载姜黄素结肠递送乳液凝胶;加热熔化-速冷使姜黄素在界面限域内重结晶,双多糖界面与蜂蜡晶网协同令封装效率超95%,液滴随蜂蜡增加而细化均匀;体系呈剪切变稀凝胶行为,离心与冻融稳定性显著增强;体外消化呈现高稳定性(79.49%)、低小肠生物可及性(20.77%)与高预估结肠递送(62.45%);多糖界面与凝胶结构同步延缓鱼油氢过氧化物与MDA累积。CS-HA+2%为平衡性能最优配方,可为食品级高负载疏水活性物结肠递送系统提供理论基础。