《Food Science & Nutrition》：Development and Characterization of Bigel Based on Chitosan/Sodium Caseinate Hydrogel and Soy Lecithin/Beeswax Oleogel as Carriers for Ferulic Acid
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由壳聚糖（CS）/酪蛋白酸钠（Na-Cas）水凝胶（HG）与大豆卵磷脂（L）/蜂蜡（BW）油凝胶（OG）组成的Bigel（BG）被开发为阿魏酸（FA）的载体。研究了BW浓度和CS:Na-Cas比例对FA递送的影响。增加BW降低了溶胀度，其中CS主导的样品（BG
由壳聚糖（CS）/酪蛋白酸钠（Na-Cas）水凝胶（HG）与大豆卵磷脂（L）/蜂蜡（BW）油凝胶（OG）组成的Bigel（BG）被开发为阿魏酸（FA）的载体。研究了BW浓度和CS:Na-Cas比例对FA递送的影响。增加BW降低了溶胀度，其中CS主导的样品（BG4，7% BW，100:0 CS:Na-Cas）因其疏水性网络而表现出最低的溶胀度。流变学测试表明其具有剪切稀化和凝胶状行为（G′ > G″，tanδ < 1），且高BW和高CS增强了该行为。此外，FTIR光谱揭示了HG相与OG相之间的协同相互作用，而SEM显示富含CS/BW的BG具有致密、均匀的形貌。释放研究表明BW限制了FA的释放。在胃相中，CS浓度与释放呈正相关，而Na-Cas则呈负相关。相反，在肠相中，较高的CS降低了释放，而Na-Cas则增强了释放。这些发现证明了BG在食品基质中用于控制FA递送的结构可调性。
**研究背景与意义**
随着消费者对含天然成分食品的偏好日益增强，食品工业对生物活性化合物的需求持续增长。阿魏酸（FA）是一种广泛存在于植物中的羟基衍生物，具有抗氧化、抗炎、免疫调节、心血管保护和预防糖尿病等多种健康功效。然而，FA的水溶性差、稳定性低和生物利用度有限，使其难以直接添加到食品体系中，需要有效的递送载体来确保其结构完整性和控制释放。Bigel（BG）是由水凝胶（HG）和油凝胶（OG）组成的两相凝胶体系，能够同时包载亲水性和亲脂性化合物，在生物活性物质递送领域受到广泛关注。然而，目前大多数食品级BG系统的研究主要集中于改善物理稳定性或递送特定生物活性化合物，而配方组成、分子相互作用、微观结构发展与功能性能之间的关系尚不充分。特别是多糖-蛋白质复合水凝胶与蜂蜡基油凝胶在构建可调双网络结构中的协同贡献尚未被充分探索。本研究首次报道了将L/BW油凝胶与CS/Na-Cas水凝胶整合的BG系统用于FA的靶向递送，旨在通过调控BW浓度和CS:Na-Cas比例来实现对凝胶强度、溶胀能力和pH响应释放行为的精确控制。
**关键技术方法**
研究人员制备了以CS/Na-Cas为水凝胶相、L/BW为油凝胶相的BG系统，HG与OG以1:1比例混合后高速均质（14,000 rpm，3 min）制得BG。共制备7个样品：5个含7% BW的样品（BG1-BG5，CS:Na-Cas比例分别为25:75、50:50、75:25、100:0、0:100），1个含5% BW的样品（BG6，50:50）和1个含3% BW的样品（BG7，50:50）。表征手段包括pH测定、溶胀率测定、流变学测量（应变扫描和频率扫描，Bohlin模型拟合）、ATR-FTIR光谱分析、扫描电子显微镜（SEM）微观结构观察，以及模拟胃液（SGF）和模拟肠液（SIF）中的体外释放研究和释放动力学建模（零级、一级、Higuchi和Korsmeyer-Peppas模型）。
**研究结果**
**pH分析**：BG样品的pH值范围为5.41-5.98，呈弱酸性环境。BG5（仅含Na-Cas的水凝胶）pH最高（5.98），BG4（仅含CS）pH最低（5.41），这与CS中质子化氨基基团的贡献有关。该pH范围处于口服递送系统的生理可接受范围内。
**溶胀率**：BG4（7% BW，100% CS）溶胀率最低（10.8%），BG7（3% BW，50:50）溶胀率最高（22.3%）。BW浓度与溶胀率呈明显负相关，BW的结晶和亲脂结构作为物理屏障阻碍水分扩散。在相同BW浓度下，Na-Cas比例增加与更高溶胀率相关，归因于Na-Cas的水溶性和无序结构。
**流变学特性**：所有BG样品表现出非牛顿剪切稀化行为。BG4在53 s?1剪切速率下粘度最高（5841.62 Pa·s），BG7最低（4321.42 Pa·s）。所有样品G′ > G″，tanδ < 1，表明弹性主导的凝胶状行为。Bohlin模型拟合显示BG4结构强度参数a值最高（3444.4 Pa·s/rad），BG7最低（4.9 Pa·s/rad），b值在BG7中最高（0.18），反映其网络稳定性较差。
**ATR-FTIR分析**：光谱揭示了HG相与OG相之间的氢键、静电吸引和疏水缔合等次级相互作用。720 cm?1处峰（BW酰胺基团和CH?弯曲振动）、1465 cm?1处峰（脂肪酸CH?和CH?弯曲）、1163和1745 cm?1处峰（C-O和C=O伸缩振动）、2856和2924 cm?1处峰（CH?对称和不对称伸缩振动）以及3007 cm?1处峰（FA酚类结构芳香环CH伸缩）的存在，证实了FA的成功包载及两组分间的协同相互作用。
**微观结构**：SEM观察表明BG系统为水凝胶连续基质 with 分散的油凝胶域结构。BG4呈现细小且紧密堆积的颗粒，形成高度致密的凝胶网络；BG7呈现异质结构 with 分散的白色液滴，表明凝胶网络较弱且不稳定。较高的BW和CS浓度促进更致密、均匀的凝胶网络形成。
**释放研究**：较低BW含量样品（BG6和BG7）在胃相和肠相中均表现出更高的释放率。释放动力学拟合表明零级和Korsmeyer-Peppas模型具有较高拟合精度，n值接近1，表明聚合物松弛和结构重排与扩散过程共同贡献于FA释放。在胃相中，CS浓度与释放呈正相关（酸性条件下氨基质子化增强水合和链迁移性），Na-Cas呈负相关（接近等电点时溶解度降低促进聚集）。在肠相中趋势逆转：较高Na-Cas含量增加释放（水合和增溶改善及酶降解），较高CS含量降低释放（碱性条件下氨基去质子化降低水合能力）。所有样品在每相2小时后FA释放率约为60%-90%，BG7释放率最高（约90%），BG4最低（约60%）。
**讨论与结论**
BG4在结构稳定性方面表现最优（较高的粘弹性能、较低的溶胀率和致密的微观结构），适用于需要增强结构稳定性的应用场景。BG5在释放性能方面最为理想，在模拟胃条件下最小化FA释放而在肠相中促进释放，表明其具有控制靶向释放的潜力。研究证实通过优化HG:OG组成可精确调控BG的稳定性和释放行为。BG的双网络结构通过CS/Na-Cas水凝胶网络与BW基油凝胶相的协同组合形成物理互穿基质，提供了机械稳定性和选择性渗透性，这是传统乳液或单相凝胶所不具备的。然而，本研究存在一定局限性：未测定FA的包封效率（EE%），未评估储存稳定性、热加工耐受性、感官属性、法规考量、成本效益和工艺可放大性，这些方面需在后续研究中加以关注。总体而言，该研究突出了BG在FA控制释放方面的潜力，利用食品级和GRASlisted成分通过组成调控而非药物辅料实现释放行为的调节，为功能性食品和营养保健品中生物活性物质的稳定靶向递送提供了food-grade策略。
