《Food Research International》：Fabrication of alcohol-free curcumin-loaded chitosan quaternary ammonium salt nanoparticles for single-cell nanocoating of probiotics to enhance survival under harsh conditions
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•壳聚糖季铵盐在pH值的驱动下可与姜黄素自组装。•Hacc/Cur能与益生菌相互作用，在细胞表面形成纳米包封结构。•纳米包封能提升益生菌对多种不良因素的抵抗能力。•经包封的姜黄素无论是否有益生菌存在都能实现可控释放。•Hacc/Cur纳米包封为益生菌载体系统赋予了抗氧化功能。引言
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壳聚糖季铵盐在pH值的驱动下可与姜黄素自组装。
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Hacc/Cur能与益生菌相互作用，在细胞表面形成纳米包封结构。
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纳米包封能提升益生菌对多种不良因素的抵抗能力。
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经包封的姜黄素无论是否有益生菌存在都能实现可控释放。
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Hacc/Cur纳米包封为益生菌载体系统赋予了抗氧化功能。
引言
益生菌因其能够调节免疫功能、维持肠道菌群平衡以及预防胃肠道疾病而广为人知（Cheng等人，2025；Liu与Lou，2026）。因此，它们被广泛应用于各类食品、饮料和药品中（Abdul Manan，2025；Guarner等人，2024）。然而，益生菌的存活率很容易在食品加工、运输和食用过程中的恶劣环境中受到损害，这大大限制了它们的实际应用价值（Ge等人，2024；Shu等人，2026；Song等人，2024）。在此背景下，如何在复杂的环境压力下保持较高的益生菌存活率已成为一项关键的技术挑战。
包封技术是克服这些挑战的主要手段（Yuan等人，2024）。虽然喷雾干燥、冷冻干燥、挤压和乳化等传统益生菌包封方法已能提升益生菌对恶劣外部环境的耐受性，但每种方法都存在一定的局限性，制约了其更广泛的应用（Somera等人，2024；Xie等人，2023）。为了解决这些缺陷，单细胞包封技术作为一种创新且有效的解决方案应运而生（Xie等人，2025）。与传统包封策略相比，单细胞包封技术通过为单个细胞形成保护层，显著提升了益生菌在恶劣环境条件和氧化应力下的稳定性和存活率，确保它们能够存活并发挥有益作用（Luo等人，2023；Xie等人，2025）。重要的是，这项技术能够在不影响食品口感的情况下实现上述保护效果。
近年来，将生物活性化合物引入益生菌载体系统已成为实现协同保护效应的一种颇具前景的策略（Du等人，2025；Ma等人，2025）。姜黄素是一种天然多酚类化合物，具有强大的抗氧化、抗癌和抗炎作用，同时还对肠道健康具有调节作用（Devi等人，2025；Zhong等人，2023）。然而，与益生菌类似，姜黄素的实际应用也因其较低的生物利用度、较差的化学稳定性以及有限的水溶性而受到限制。为了解决这些问题，人们开发出了多种用于多酚递送的纳米制剂策略（Didat等人，2026；Shu等人，2025）。在这些方法中，基于pH值驱动的自组装技术因具有无需使用有机溶剂、制备过程简单以及在水介质中能有效负载疏水性化合物等优点而备受关注（Li等人，2024；Ren等人，2024）。该策略利用pH值调控分子间相互作用，促使疏水性生物活性分子自发组装，为制备食品级多功能纳米载体系统提供了一种绿色且可行的方法。
由于其良好的生物相容性、可降解性以及独特的阳离子特性，壳聚糖及其衍生物已被广泛应用于多个领域（Ming等人，2025；Qiu, Jing等人，2024；Zhang等人，2024）。作为典型的壳聚糖衍生物，经过季铵化改性的壳聚糖季铵盐的溶解度有了显著提升，从而无需添加有机酸即可实现其功能（Qiu, Li等人，2024）。更重要的是，Hacc比天然壳聚糖具有更高的正电荷密度，因此能够通过静电作用有效附着在益生菌细胞的负电荷表面上，进而形成稳定的纳米涂层结构。据此推测，通过pH值驱动的自组装技术制备的载有姜黄素的Hacc纳米颗粒能够在益生菌周围形成纳米包封层，从而提升益生菌的存活率。
本研究旨在通过pH值驱动的自组装策略，以Hacc为基底制备出带有强正电荷的载姜黄素纳米颗粒，并系统验证其用于益生菌包封的效能。首先对这些纳米颗粒的关键物理化学性质进行了全面分析。随后，将这些纳米颗粒用于包覆LGG，研究了它们在面对热应力、冷冻干燥、抗生素作用以及模拟胃肠道消化等多种不良环境条件时的保护作用。此外，还分析了该载体系统的形成机制以及姜黄素的结晶状态。最后，通过检测该生物活性化合物的体外可控释放性能和抗氧化能力，进一步评估了其带来的功能优势。
章节要点
材料
Hacc（取代度为90%，分子量约为100千道尔顿）和左氧氟沙星由上海源业有限公司提供。姜黄素（纯度为98%）、胰酶、胃蛋白酶、胆盐、DPPH、新霉素、环丙沙星、庆大霉素、诺氟沙星和妥布霉素则购自上海麦克林有限公司。ABTS由北京莱格恩有限公司提供。MRS培养基/琼脂则从青岛希望生物技术有限公司购买。
纳米颗粒的制备
纳米颗粒的制备流程是在我们之前的研究基础上稍作修改后形成的。
粒径、多分散性及表面电荷分析
如图1A所示，当Hacc与姜黄素的比例从1:5变为1:1时，颗粒尺寸逐渐减小。这种尺寸下降很可能是由于Hacc与姜黄素之间的分子相互作用增强，从而影响了纳米颗粒形成过程中的自组装行为（Wei等人，2025）。相反，当Hacc与姜黄素的质量比从1:1增加到5:1时，颗粒尺寸则明显增大（p值小于0.05）。过量的Hacc会导致颗粒之间发生交联现象。
结论
本研究建立了一种基于pH值驱动、无需使用酒精的自组装策略，用于制备载有姜黄素的Hacc纳米颗粒，以便对益生菌进行单细胞纳米包封。得益于这些纳米颗粒出色的结构稳定性和正表面电荷，Hacc/Cur包封层显著提升了LGG在面对高温、抗生素作用、冷冻干燥以及胃肠道消化等多种不良环境条件时的存活能力。经过包封的姜黄素也展现出了良好的
CRediT作者贡献说明
滕玉玉：撰写——初稿、软件应用、方法设计、数据整理。 胡佳琪：正式分析、数据整理。 刘琴：软件应用、正式分析。 宋迎春：软件应用、正式分析。 吴文英：实验研究、正式分析。 唐颖：实验研究、正式分析。 徐克峰：撰写——审阅与编辑、实验研究。 徐金龙：撰写——审阅与编辑、实验研究。 王国栋：撰写——审阅与编辑、项目监督与管理。 袁永凯：撰写——
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本研究得到了以下机构的支持：山东省自然科学基金（编号：ZR2025QC198），山东省科技人才工程青年人才项目（编号：SDAST2026、QTB066），青岛市自然科学基金（编号：25-1-1-28-zyyd-jch），青岛市科技惠民示范项目（编号：25-1-5-xdny-7-nsh），农产品加工与贮藏重点实验室，农业农村部（编号：S2026KFKT-19），以及山东海洋科学技术研究院。
滕玉玉|胡佳琪|刘琴|宋迎春|吴文英|唐颖|徐克峰|徐金龙|王国栋|袁永凯
