《Food Bioscience》：Stability Regulation and Co-pigmentation Effects of Black Wolfberry Anthocyanin-Loaded Core–Shell Nanocapsules under Simulated Food Matrix Conditions
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摘要在食品体系中稳定花青素时，如何协同运用载体包封与共着色技术仍面临诸多挑战。本研究提出了一种从设计到应用的策略，以提高黑枸杞花青素的稳定效果。通过分子动力学模拟评估了载体系统的可行性后，我们制备出了负载黑枸杞花青素的核壳结构纳米胶囊（ACN@PC–CS–BSA）。在2,2-二苯
摘要 在食品体系中稳定花青素时，如何协同运用载体包封与共着色技术仍面临诸多挑战。本研究提出了一种从设计到应用的策略，以提高黑枸杞花青素的稳定效果。通过分子动力学模拟评估了载体系统的可行性后，我们制备出了负载黑枸杞花青素的核壳结构纳米胶囊（ACN@PC–CS–BSA）。在2,2-二苯基-1-苦基肼（DPPH）和2,2′-偶氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（ABTS）检测中，ACN@PC–CS–BSA展现出更强的自由基清除能力。在稳定性方面，该纳米胶囊显著提升了花青素在紫外线照射和热处理等应力条件下的保留率。值得注意的是，经过150天的长期储存后，ACN@PC–CS–BSA仍保留了56.0%的花青素，这一比例比未经包封的花青素高出40.9%。随后，通过光谱分析和热力学计算评估了ACN@PC–CS–BSA与模型葡萄酒体系中的六种酚类化合物之间的共着色效应，结果发现没食子酸的共着色效果最为显著。本研究为构建花青素包封体系以及在模拟食品加工条件下评估其协同稳定作用提供了可借鉴的全面参考。
引言 花青素是一类存在于植物界中的水溶性化合物，它们赋予了许多植物源性食品和饮料鲜明的颜色（Auger等人，2024；Cruz等人，2021）。其中，黑枸杞中的花青素因其清洁标签的优势以及潜在的健康益处，如抗氧化、抗炎和神经保护作用，而被食品工业广泛视为合成色素的天然替代品（Enaru等人，2021；Guan等人，2025）。然而，单个花青素所具有的亲电性、亲核性和强给电子特性导致了它们的不稳定性（Dangles，2024）。此外，花青素在食品加工、储存和运输过程中极易发生化学降解，pH值变化、温度、光照和酶活性等环境因素都会导致其颜色褪去。这种双重不稳定性不仅会影响食品的视觉外观，还会对其风味和功能特性产生不良影响（T. Liang等人，2023）。
在自然界中，许多植物演化出了自身的机制来稳定花青素的颜色，通过非共价相互作用网络，在环境压力下依然保持其从红色到蓝色的特征色调（Goto & Kondo，1991；Yoshida等人，2009）。受这些稳定机制的启发，食品供应链中采用了多种策略，运用有效的物理和化学方法来提升花青素的稳定性，从而保持食品的感官品质和营养价值（R. Tang等人，2023；Uzun等人，2025）。在各种方法中，共着色和载体包封被广泛视为两种代表性策略（Yang，2025a）。共着色是一种天然的分子组装过程，其中花青素作为核心色素分子，通过与无色的酚类化合物通过非共价相互作用形成超分子复合物，从而实现颜色的稳定与增强（Trouillas等人，2016；J. Wang等人，2024）。在模型饮料体系中，添加酚类共着色剂已被证明可以调节花青素的色调和紫外-可见光谱特性，使颜色明显增强并出现红移现象（C. Liu等人，2025；Qiu等人，2025；B. Zhang等人，2015）。此外，结合热力学分析和理论计算有助于阐明特定共着色剂结构对结合反应稳定性及潜在分子机制的影响（Lyu等人，2025；J. Wang等人，2024）。不过，共着色剂的颜色增强效果始终受到花青素黄素离子水合平衡的限制，而这一平衡对局部化学环境极为敏感，往往不足以在恶劣条件下防止花青素降解。鉴于仅依赖共着色剂的局限性，人们引入了载体包封技术，为花青素营造出疏水的封闭微环境，通过界面屏障和分子稳定性提供双重保护（Xin等人，2024；Yang，2025a）。人们已经开发出了乳化、喷雾/冷冻干燥、凝胶化、超声辅助处理等多种包封技术，将这两种保护花青素的方法结合起来使用（L. Chen等人，2022；Dumitra?cu等人，2024；C. Liu等人，2025；Mansour等人，2020）。尽管共着色和包封技术能够提供互补的保护作用，但两者的联合应用仍受到多种相互关联因素的制约。首先，花青素、共着色剂和载体成分之间的竞争性分子间相互作用可能会影响花青素与共着色剂复合物的形成以及载体的组装过程（L. Wang等人，2025）。其次，这些系统的性能在很大程度上取决于配方组成、pH值、界面结构以及加工条件，这限制了合理设计的通用原则的建立（Ma等人，2026；Tao等人，2025；Yang，2025b）。最后，这类多组分系统在复杂食品体系中的稳定性及其功能特性仍缺乏足够的研究（S. Chen等人，2026；J. Zhang等人，2024）。这些问题对于黑枸杞花青素来说同样重要，因为目前对其载体组装所涉及的分子相互作用了解不足，而且封装材料对共着色稳定性的影响也尚未得到系统研究。
为了解决这些难题，我们结合分子动力学模拟与实验制备，建立了一种从设计到应用的策略。首先利用分子动力学模拟评估了所设计的负载黑枸杞花青素的核壳结构纳米胶囊（ACN@PC–CS–BSA）的可行性，并分析了花青素与胶囊成分之间的非共价相互作用。之后通过实验制备了这些纳米胶囊，对其结构进行了表征，并测试了其在紫外线照射、热处理等加工相关应力条件以及长期储存条件下的稳定性。最后，通过光谱分析和热力学计算，评估了这些纳米胶囊与六种酚类共着色剂在模型葡萄酒体系中的共着色行为。本研究为评估花青素包封体系在食品体系中的更广泛应用提供了有益的策略。
章节节选 材料与化学品 壳聚糖（CS，脱乙酰度≥95%，粘度为100–200 mPa·s）、牛血清白蛋白（BSA，纯度≥98%）、果胶（PC，甲氧基化程度≥65%）、2,2'-偶氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（ABTS）以及1,1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）均购自中国上海的Aladdin公司。没食子酸、儿茶素、阿魏酸、p -香豆酸、香草酸和咖啡酸则购自中国上海的Prino公司。无水乙醇
黑枸杞花青素的组成特征及pH响应行为 本研究使用了从干黑枸杞中提取的花青素进行后续分析。通过高效液相色谱-质谱技术对花青素的组成进行了分析，相关的离子色谱图和质谱特征总结见图S1和表S1。通过对同位素峰强度以及分子离子([M]+ )的裂解模式进行分析，最终确定了四种花青素：飞燕草素3-O -葡萄糖苷、芍药素3-O -葡萄糖苷、矮牵牛素3,5-二葡萄糖苷，以及
结论 本研究提出了一种结合计算模拟与实验研究的策略，用于开发黑枸杞花青素的核壳结构纳米胶囊，并评估其在模拟食品加工条件下的应用前景。研究结果表明，果胶、壳聚糖和牛血清白蛋白通过非共价和静电相互作用在富含花青素的区域周围聚集，从而形成了稳定的界面微环境。随后，ACN@PC–CS–BSA
作者贡献说明 刘书文： 撰写——审阅与编辑、指导、资源提供。谢向红： 撰写——审阅与编辑、指导、项目管理、资金获取、概念构思。王轩： 可视化、实验研究。严扬楠： 验证、实验研究、正式分析、数据整理。李春： 软件应用、正式分析、数据整理。马立斌： 实验研究、正式分析、数据整理。李哲豪： 实验研究、数据整理。黄佳军： 撰写——初稿撰写，
未引用参考文献 Liang等人，2023；Wang等人，2024；Wang等人，2024；Yang等人，2025b。
利益冲突声明 作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢 本研究得到了中国
重点大学 的
基础研究 基金（编号：2452026080）、
国家自然科学基金 （编号：32402057）、中国博士后科学基金会博士后科研资助计划（编号：GZB20230595）、陕西省博士后科研资助
项目 （编号：2024BSHSDZZ051）以及陕西省博士后科研资助
项目 （编号：2023BSHTBZZ23）的支持。同时，作者还要感谢Scientific Compass网站（
www.shiyanjia.com ）在研究过程中给予的宝贵帮助。
Jiajun Huang|Yangnan Yan|Chun Li|Libin Ma|Zhehao Li|Xuan Wang|Shuwen Liu|Xianghong Xie
中国陕西省杨凌市西北农林科技大学葡萄与葡萄酒学院，邮编712100
