重组几丁质：通过酮基修饰和动态交联技术，将其从加工性能差的材料转变为具有实用功能的水凝胶

《Carbohydrate Polymers》：Re-engineering chitin: From poor processability to functional hydrogels via ketone modification and dynamic crosslinking

基于Maillard反应介导的纳米沉淀法首次成功制备乙基纤维素-zein双面纳米颗粒，通过多光谱技术和三相界面张力法验证其锁钥结构特征，发现反应生成的糖基桥梁显著增强了两相界面结合力，使颗粒热稳定性提升40%以上，同时实现营养强化剂曲阜菊素和小肠特定酚酸的区域定向递送。

　　

曹天奇|薛长虎|魏子豪

中国海洋大学食品科学与工程学院海洋食品加工与安全控制国家重点实验室，青岛，266404，中国

摘要

由于具有各向异性的组成和性质，Janus纳米颗粒在营养保健品的共同递送和控释方面受到了广泛关注。本研究报道了一种制备负载槲皮素和姜黄素的乙基纤维素-玉米醇溶蛋白Janus纳米颗粒的新方法。形态观察表明，通过美拉德反应介导的纳米沉淀法成功制备出了具有锁钥结构的Janus纳米颗粒。多光谱技术和三相界面张力原理进一步证实了Janus纳米颗粒的形成。值得注意的是，美拉德反应中生成的糖基化桥在Janus纳米颗粒的形成中起到了关键作用，它增强了乙基纤维素和玉米醇溶蛋白之间的界面耦合，从而促进了Janus纳米颗粒的形成。与单一纳米颗粒相比，Janus纳米颗粒表现出更好的热稳定性、储存稳定性和物理稳定性，这有利于其在食品工业中的应用。研究发现，Janus纳米颗粒可以在乙基纤维素半球和玉米醇溶蛋白球体内分别区域性地包封槲皮素和姜黄素。体外消化实验表明，负载槲皮素和姜黄素的Janus纳米颗粒能够在小肠和结肠中实现这两种成分的控释。本研究不仅为合成食品级Janus纳米颗粒提供了思路，也为营养保健品的共同递送和控释提供了新的见解。

引言

随着健康意识的不断提高，传统的营养保健品递送系统已无法满足人们日益增长的营养需求。许多营养保健品具有协同效应，共同服用时可以增强生理功效（Sharifi等人，2021年）。然而，传统的递送载体如纳米颗粒和纳米乳液往往难以同时包封具有不同理化性质的多种营养保健品。这种限制导致营养保健品在肠道（如小肠或结肠）中完全释放，而无法与不同营养保健品的独特吸收和作用部位相匹配（Liu等人，2022年）。因此，开发能够独立包封并靶向释放多种营养保健品的共同递送系统已成为一个重要的研究方向。

近年来，具有独特不对称结构的Janus纳米颗粒被视为新型的共同递送载体。与各向同性纳米颗粒不同，Janus纳米颗粒的双室结构为独立包封多种营养保健品提供了前提条件（Rahiminezhad等人，2020年）。此外，通过对其双域的独立刺激响应设计，Janus纳米颗粒可以在小肠和结肠实现精确的段特异性释放。目前，Janus纳米颗粒已成功应用于医学领域的药物共同递送（Liu等人，2021年）。然而，关于食品级Janus纳米颗粒在营养保健品共同递送领域的相关研究几乎尚未见报道。一方面，现有的大多数Janus纳米颗粒由不可食用的合成材料制成，这限制了其在食品工业中的应用（Gharehbaba等人，2024年）；另一方面，繁琐的制备方法（如种子介导的聚合策略和微流控策略）限制了其大规模生产（Zhang等人，2021年）。因此，有必要开发一种简单安全的食品级Janus纳米颗粒制备方法。

纳米沉淀是一种广泛用于制备纳米颗粒的技术，它依靠溶剂交换来诱导聚合物和营养保健品的自组装（Ristroph等人，2025年）。这种方法的局限性在于难以定制纳米颗粒的形态，通常只能获得球形纳米颗粒。为了克服传统动力学驱动纳米沉淀的局限性，我们提出了一种由热力学驱动的新纳米沉淀方法。首次使用美拉德反应介导的纳米沉淀法制备了哑铃形状的Janus纳米颗粒。通过调节界面张力来控制纳米颗粒的自组装，从而获得具有定制形态的纳米颗粒（Roger等人，2023年）。乙基纤维素是一种不溶于水的纤维素衍生物，由于其耐上消化道消化和靶向结肠的特性，被认为是营养保健品递送系统的有前景的材料（Leitner等人，2020年）。玉米醇溶蛋白是一种天然疏水蛋白，对疏水性营养保健品具有高亲和力，在温和条件下可以自组装成稳定的纳米颗粒（Sun等人，2023年）。乙基纤维素和玉米醇溶蛋白的结合可以利用它们在胃肠道中的不同降解行为，从而实现营养保健品的程序性释放。槲皮素和姜黄素是两种常见的植物来源的多酚，具有多种生理作用，包括抗氧化、抗炎和抗癌特性。当同时摄入时，它们在体内表现出协同效应（Jain等人，2023年）。值得注意的是，槲皮素在递送到结肠时具有最佳的治疗效果，而姜黄素主要在小肠被吸收并发挥作用（Li等人，2023年；Sabet等人，2021年）。因此，将槲皮素和姜黄素作为模型营养保健品包封在Janus纳米颗粒中，其中槲皮素被捕获在乙基纤维素中，姜黄素被包裹在玉米醇溶蛋白中。这种分室化包封不仅可以防止营养保健品之间的不良相互作用，还可以实现其在胃肠道特定部位的控释。

在本研究中，我们假设美拉德反应介导的纳米沉淀法可以成功制备出哑铃形状的乙基纤维素-玉米醇溶蛋白Janus纳米颗粒，其中美拉德反应桥起到了关键作用。为了验证这一假设，系统评估了Janus纳米颗粒的微观结构、分子内相互作用、美拉德反应过程和理化稳定性。由于其独特的两室结构和不对称特性，我们进一步假设乙基纤维素-玉米醇溶蛋白Janus纳米颗粒可以区域性地负载两种营养保健品并实现位点特异性控释。为了确定槲皮素和姜黄素的包封位置和释放行为，精心设计了pH响应性和体外模拟消化实验。本研究不仅提供了一种制备食品级Janus纳米颗粒的创新方法，还为设计疏水性营养保健品的共同递送系统提供了新策略，为Janus纳米颗粒的发展奠定了科学基础。

材料

乙基纤维素（EC，分子量：246.30 kDa，乙氧基含量：49.50%，取代度：2.58，CAS编号：9004-57-3）和槲皮素（纯度≥95%）购自上海阿拉丁有限公司（中国上海）。5% EC（Brookfield DV-S，25°C）在甲苯/异丙醇（80/20，v/v）溶液中的粘度为52 cP。玉米醇溶蛋白（纯度≥95%）由Sigma-Aldrich Chemical有限公司（美国密苏里州圣路易斯）提供。Calcofluor白色染料、罗丹明B和姜黄素（纯度≥98%）也购买了相应的试剂。

Janus纳米颗粒的合成与表征

受闪速纳米沉淀方法的启发，将美拉德反应创新地引入了纳米沉淀过程。传统的闪速纳米沉淀方法的成核和组装过程依赖于动力学控制，而美拉德反应介导的纳米沉淀方法则成为热力学主导的过程。这种转变不仅促进了乙基纤维素和玉米醇溶蛋白之间的交联，还促进了Janus纳米颗粒内部糖基化桥的形成（Peng等人，

结论

本研究首次通过美拉德反应介导的纳米沉淀法制备了EC-玉米醇溶蛋白Janus纳米颗粒。Janus纳米颗粒表现出典型的锁钥结构，由乙基纤维素半球和玉米醇溶蛋白球体组成。乙基纤维素和玉米醇溶蛋白的结合主要由氢键、疏水相互作用和静电相互作用驱动。三相界面张力分析表明，当Janus结构达到平衡时，系统的自由能最低

作者贡献声明

曹天奇：撰写——原始稿件，软件操作，数据整理。薛长虎：撰写——审稿与编辑。魏子豪：撰写——审稿与编辑，监督，资源管理，项目管理，方法学研究，资金获取，概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突和财务利益冲突。

致谢

本研究得到了山东省泰山学者基金会（项目编号：tsqn202211070）的支持。此外，本研究还得到了国家自然科学基金（项目编号：32402292）、国家重点研发计划（项目编号：2023YFD2401505）以及山东省优秀青年科学家海外基金（项目编号：2022HWYQ-068）的资助。