麦冬须根多糖作为玉米蛋白-姜黄素纳米颗粒的稳定剂：提取调控的结构构象、抗氧化活性及递送性能

《Food Bioscience》：Ophiopogon japonicus fibrous root polysaccharides as stabilizers for zein-curcumin nanoparticles: Extraction-regulated structural conformations, antioxidant activities, and delivery performance

　　

摘要

天然植物多糖是蛋白递送的有前景的稳定剂，但提取方法对其界面组装的影响尚不清楚。本研究调查了热水 (OJFRP-W)、酶辅助 (OJFRP-E)、超声辅助 (OJFRP-U) 和发酵辅助 (OJFRP-F) 提取对作为玉米蛋白 - 姜黄素纳米颗粒 (Z/CNPs) 稳定剂的麦冬纤维根多糖 (OJFRPs) 的结构、抗氧化和界面功能特性的影响。结果表明，提取方法通过调节糖苷键断裂程度、糖醛酸保留水平和多糖的微观形态，协同决定了 OJFRPs 的功能取向。最低分子量 (5.61 kDa) 和相对较高糖醛酸含量 (5.68%) 的协同效应赋予 OJFRP-F 优异的抗氧化活性，在 10 mg/mL 时 DPPH 和 ABTS 自由基清除率分别达到 45.64% 和 42.19%。当用于制备姜黄素负载玉米蛋白纳米颗粒时，OJFRP-W 保留了更高的分子量 (14.10 kDa) 和致密的片状结构，使复合纳米颗粒实现了最高的姜黄素包封效率 (37.80%)、优异的胶体稳定性和最佳的消化过程中控释能力。OJFRP-E 在抗氧化活性 (10 mg/mL 时 DPPH 和 ABTS 清除率分别为 40.51% 和 45.77%) 和稳定性方面表现出平衡的性能，而 OJFRP-U 形成了特定的缓释屏障 (240 分钟时累积释放率为 66.87%)。与 Z/CNPs 相比，OJFRP 包被的纳米颗粒表现出增强的胶体稳定性和姜黄素控释能力。Zeta 电位和 FTIR 结果表明，氢键、疏水相互作用和静电相互作用是形成姜黄素负载玉米蛋白/OJFRPs 纳米颗粒 (Z/C-ONPs) 的主要驱动力。本研究阐明了提取过程调节的 OJFRPs 空间构象与其功能特性之间的内在相关性，为基于多糖的纳米递送系统的合理设计提供了理论依据。

引言

姜黄素 (CUR) 是一种源自姜黄根茎的天然多酚，具有多样化的治疗特性，包括抗炎、抗氧化、免疫调节、神经保护和抗肿瘤生物活性 (Yang 等，2026)。这些特性使其在癌症、帕金森病和阿尔茨海默病等慢性疾病的饮食干预和辅助治疗中具有巨大潜力 (Mehanny 等，2016; Yang 等，2020)。然而，CUR 在食品和药品领域的实际应用很大程度上受到其内在局限性的阻碍，如低水溶性、易化学降解和生物利用度降低 (Bertoncini-Silva 等，2024)。为了克服这些负面影响，构建有效的纳米载体递送系统已被证明是一种潜在可行的解决方案 (Xue & Luo, 2023)。纳米级递送载体的封装保护 CUR 免受外部刺激，使其在胃肠道内实现控释和增强吸收，从而提高体内生物利用度 (Jiang 等，2023a)。

在可食用生物聚合物中，蛋白质和多糖因其可再生性、优异的生物相容性和可调节结构而被广泛用于构建生物活性递送系统 (Wijaya 等，2017)。作为玉米胚乳中主要的储藏蛋白，玉米蛋白包含超过 50% 的非极性氨基酸残基 (如亮氨酸、丙氨酸和脯氨酸)，赋予其独特的两亲性结构，特征为疏水外表和亲水末端 (Nayak 等，2026; Zhu 等，2022)。通过反溶剂沉淀，玉米蛋白可发生疏水驱动的自组装形成纳米颗粒，其致密的疏水核心可为 CUR 提供有效的包封位点 (Zhao 等，2026b)。玉米蛋白已被美国食品药品监督管理局 (FDA) 认定为一般认为安全 (GRAS) 的食品级材料 (Glusac 等，2018)。然而，在涉及 pH 和离子强度波动的复杂环境条件下，裸露的玉米蛋白纳米颗粒容易发生不可逆聚集和沉淀，从而降低递送效率。为了克服这一限制，纳入多糖以在玉米蛋白纳米颗粒表面构建核壳复合结构已被验证为一种提高胶体系统物理化学稳定性的有效策略。多糖分子内的可电离基团 (如羧基和硫酸基团) 可以赋予相当大的负电荷密度 (Dou 等，2025; He 等，2018)，驱动多糖链通过静电相互作用、氢键和疏水效应吸附并沉积到蛋白质颗粒表面，从而形成亲水保护层，发挥空间位阻和静电排斥的双重稳定作用 (Dou 等，2026; Tapia-Hernández 等，2018)。先前的研究表明，各种天然多糖，如果胶 (Tivano 等，2026)、硫酸软骨素 (Feng 等，2020)、海藻酸钠 (Aghelinejad & Golshan Ebrahimi, 2024) 和透明质酸 (Seok 等，2018; Wu & Lu, 2025)，成功防止了玉米蛋白纳米颗粒在等电点附近和生理盐条件下的絮凝，在一定程度上促进了 CUR 的调节缓释。

中药多糖作为主要功能活性成分之一，主要由单糖组成的生物聚合物。它们不仅作为药物递送中胶体分散体系的稳定剂，还具有抗氧化和抗菌等内在生物活性，在构建功能性胶体递送系统方面赋予独特优势 (Li 等，2016)。Ophiopogon japonicus (Thunb.) Ker-Gawl，百合科沿阶草属的多年生草本植物，是一种药食同源的常规植物，其块根在传统中医中被广泛使用 (Liu 等，2024b)。在药材加工过程中，大量的O. japonicus纤维根往往作为废物被丢弃，导致资源浪费和环境污染。现代药理学研究表明，O. japonicus的块根和纤维根均富含多糖成分，表现出抗氧化和免疫调节等多样化的生物活性 (Chen 等，2011)。研究表明，不同的提取方法可以通过热效应、超声空化剪切、酶水解和微生物代谢等机制，促进植物细胞壁破裂以促进多糖溶解，同时修饰糖链的结构特征，如分子量分布和单糖组成 (Alboofetileh 等，2019; Zhang 等，2025b)。例如，Wang 等 (2023) 利用热水提取从O. japonicus中获得一种多糖 ORP-1，(由→6)-β-D-Fruf-(2→ 主链和α-D-Glcp-(1→ 末端组成，分子量为 3667 Da)，该多糖在水溶液中可通过分子间氢键和疏水相互作用形成纳米颗粒，并具有抗氧化活性以及增强疏水成分水溶性的能力。采用超声辅助酶法提取O. japonicus多糖 (OJP1-UE)，研究表明超声和酶的协同效应可以通过调节其分子量和构象来增强多糖的体外降血糖和肠道菌群调节活性 (Wu 等，2026)。此外，发现益生菌发酵可以断裂多糖重复单元之间的糖苷键，赋予胡萝卜渣多糖更低的重均分子量和更窄的分子量分布，从而显著增强其抗糖尿病活性 (Wan 等，2021)。上述研究表明，各种提取方法诱导的多糖差异结构修饰可以直接决定其自组装行为和生物活性；然而，在蛋白 - 多糖复合递送系统中关于这种结构 - 功能相关性的系统研究仍然很大程度上未被探索。目前，对麦冬纤维根多糖 (OJFRPs) 的调查主要集中在优化提取参数和评估其生物活性上。据我们所知，没有研究系统地比较不同的提取方法如何影响这些多糖的物理化学属性、分子结构和功能特性，也没有记录其在制造蛋白 - 多糖复合递送平台方面的潜力。

在本工作中，我们系统评估了四种提取技术 (热水、酶辅助、超声辅助和发酵辅助提取) 如何影响 OJFRPs 的分子量、单糖谱、官能团和微观结构形态，同时比较了它们的抗氧化能力。然后，四种 OJFRPs 通过反溶剂沉淀与玉米蛋白共组装以构建复合纳米颗粒，特别关注多糖的结构差异如何影响 CUR 的包封性能、结构特性、物理化学稳定性和体外模拟消化释放行为。本研究旨在确定适合构建 CUR 递送系统的最佳 OJFRPs 提取方法，从而为O. japonicus纤维根的增值利用提供新策略，并为基于天然生物聚合物复合物的功能成分递送系统的发展奠定理论基础。

章节摘要

材料与试剂

麦冬纤维根购自中国四川。玉米蛋白 (纯度≥95%) 购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。Limosilactobacillus fermentum W03 分离并保藏于我们的实验室。姜黄素 (CUR) (纯度≥95%) 购自上海麦克林生化有限公司 (中国上海)。胃蛋白酶 (来自猪胃，3000 U/g) 和胰蛋白酶 (来自猪胰腺，250 U/mg) 购自北京索莱宝科技有限公司

不同提取方法对 OJFRPs 得率的影响

OJFRPs 的提取得率如图 1B 所示。OJFRP-E 表现出最高的得率 (11.34%)，显著高于 OJFRP-W (8.47%) (p < 0.05)。OJFRP-E 的高得率可归因于复合酶 (果胶酶、纤维素酶和木瓜蛋白酶) 对植物细胞壁的有效和特异性破坏，这促进了多糖溶解并释放到提取溶剂中 (Li & Wang, 2016)。超声辅助提取的得率为 9.82%

结论

本研究系统分析了提取方法对 OJFRPs 结构特性的影响，并阐明了多糖构象差异对玉米蛋白 -CUR 复合纳米颗粒稳定性和 CUR 释放性能的调节作用。提取强度通过调节糖苷键断裂程度、糖醛酸保留水平和空间构象，协同决定了 OJFRPs 的功能特性。

CRediT 作者贡献声明

夏敏：调查，数据整理。魏云璐：写作 – 审查与编辑，监督，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，形式分析，数据整理，概念化。吉布义生：调查，数据整理。肖扬：方法论，调查。张文：写作 – 审查与编辑，可视化，资源，调查，形式分析。陈家琪：写作 – 初稿，可视化，验证，方法论，调查，

利益冲突声明

所有作者声明，他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

陈家琪 | 肖扬 | 张文 | 魏云璐 | 吉布义生 | 夏敏 | 曾翔宇 | 谢舒帆 | 王荣

西南科技大学生命科学与农业学院，中国四川绵阳 621010