玉米淀粉和β-环糊精纳米载体用于包裹积雪草多酚：合成、物理化学性质及pH响应性释放

《Food Chemistry》：Maize starch and β-cyclodextrin nanocarriers for encapsulation of Centella asiatica polyphenols: synthesis, physicochemical properties, and pH-responsive delivery

双多糖纳米载体系统协同玉米淀粉与β-环糊精提升多酚稳定性及pH响应释放性能，实现高包封效率（84.8%）与负载能力（16.3%），验证了材料配比优化和复合机制对功能性食品应用的关键作用。

　　

Soubhagya Tripathy | Prem Prakash Srivastav

印度卡拉格普尔印度理工学院农业与食品工程系，721302

摘要

本研究报道了一种基于玉米淀粉（MS）和β-环糊精（β-CD）的新型双多糖纳米载体系统，用于实现积雪草叶多酚（CALE）的pH响应性口服递送。该研究开发了一种MS/β-CD复合纳米粒子系统，通过淀粉凝胶网络包裹和环糊精包合物化作用共同保护多酚。结果表明，当MS与β-CD的比例为2:1时，制备出的纳米粒子具有高度均匀的粒径（166.990 ± 11.475 nm），且具有极高的包封效率（84.828 ± 0.50%）和负载能力（16.349 ± 0.35%），优于仅使用淀粉的系统。光谱和热分析证实这些纳米粒子为非晶态，由氢键稳定，从而增强了其对热、光、离子强度以及储存条件引起的降解的抵抗力。重要的是，这些纳米粒子表现出显著的胃肠道pH响应性，在胃部环境中抑制多酚释放，同时在肠道中实现靶向释放。释放动力学符合零级动力学和Korsmeyer–Peppas模型，表明其递送机制受扩散和基质松弛控制，从而保证了多酚的持续生物活性。本研究表明，淀粉-环糊精纳米杂化物可作为食品级的pH响应性多酚递送系统，为功能性食品和营养保健品提供了一个可扩展且符合清洁标签要求的平台，具有更好的稳定性、生物利用度和治疗效果。

引言

多酚是天然存在于植物中的化合物，在食品、制药和营养保健品行业中因其强大的抗氧化、抗炎和抗菌特性而受到广泛关注（Sun等人，2024年）。这些生物活性化合物，包括黄酮类、酚酸和单宁，通过中和自由基和调节细胞通路，有助于预防心血管疾病、癌症和糖尿病等慢性疾病（Chandimali等人，2025年）。积雪草（Centella asiatica），俗称Gotu Kola，是一种富含多酚的草药，尤其是三萜类和酚类化合物，具有促进伤口愈合、神经保护和抗氧化作用（Tripathy & Srivastav，2023年）。然而，积雪草叶多酚的实际应用受到其水溶性差、生物利用度低以及在光照、高温和pH变化等环境压力下易降解的限制（Tripathy & Srivastav，2025年）。这种不稳定性需要创新的递送系统来提高其稳定性、生物利用度和靶向释放效果。

纳米技术通过开发基于纳米粒子的包封系统提供了有希望的解决方案（Manzari-Tavakoli等人，2024年）。包封可以保护生物活性化合物免受降解，提高其溶解度，并实现其在特定部位（如小肠）的控释，因为那里的吸收效果最佳（Tripathy等人，2022年）。在各种包封材料中，玉米淀粉（MS）和β-环糊精（β-CD）作为生物相容且成本效益高的载体脱颖而出。作为互补的多糖，玉米淀粉和β-环糊精可以协同形成复合纳米粒子，提高积雪草多酚的包封效率、稳定性和pH响应性肠道释放。在复合体系中，β-CD提供分子“包覆”保护（屏蔽疏水腔体以保护芳香基团，提高表观溶解度，并限制氧化作用）。同时，玉米淀粉形成食品级的颗粒基质，物理上包裹剩余的多酚，并可通过设计实现pH响应性的膨胀/酶解，从而支持肠道靶向释放（Cui等人，2026年；Moumou等人，2025年）。最近的研究表明，玉米淀粉-β-CD复合纳米粒子能够实现高效的多酚包封和pH响应性口服递送。这验证了基质包裹和包合物化的协同作用机制（Li, Tian等人，2024年）。玉米淀粉形成的多孔基质适合包裹生物活性化合物，例如在茶叶多酚的包封中，淀粉纳米粒子提高了多酚的热稳定性（Gao等人，2021年）。然而，由于淀粉的亲水性质和缺乏特异性结合位点，单独使用淀粉时包封效率往往较低（Jiang等人，2024年；Montoya-Yepes等人，2024年）。β-环糊精是一种具有疏水腔体和亲水外层的环状寡糖，通过与疏水分子的包合物化作用增强包封效率（Ravindran Maniam等人，2022年）。例如，β-CD包封迷迭香精油后，其抗氧化活性提高了25%，并在光照下延长了保质期（Hadian等人，2023年）。结合使用玉米淀粉和β-环糊精可以发挥它们的协同作用，制备出结构更稳定、释放特性更好的复合纳米粒子（CNPs）。

制备CNPs的过程包括糊化、纳米沉淀和超声处理，这些步骤可以精确控制粒径、ζ电位和多分散性指数（PDI）（Algharib等人，2022年）。这些性质对于确保在水环境中的均匀分散和稳定性至关重要，例如在谷蛋白纳米粒子中包裹岩藻黄质时，PDI低于0.3可保证粒子的均匀分布（Wang等人，2022年）。此外，CNPs的包封效率（EE）和负载能力（LC）取决于MS/β-CD的比例。最佳比例平衡了淀粉的基质形成能力和β-CD的包合物化作用。先前的茶叶多酚包封研究表明，在2:1的淀粉与β-CD比例下，包封效率可达80–85%，突显了材料组成的重要性（Li, Tian等人，2024年）。此外，环境因素如pH值、离子强度和温度会影响纳米粒子的稳定性，因此需要进行全面的稳定性研究，以确保其在实际应用（如食品强化或口服递送系统）中的有效性。

体外释放研究模拟了胃肠道条件，以评估CNPs的pH响应性和靶向递送特性，确保多酚在胃部得到保护并在肠道中释放（Meng等人，2024年）。此外，释放动力学在阐明生物活性化合物的释放机制方面起着关键作用，有助于预测不同系统中的控释/持续释放（Kumar等人，2024年）。数学建模提供了分析释放数据所需的工具，并有助于了解配方和设计因素对释放机制的影响（Malekjani & Jafari，2021年）。尽管取得了这些进展，但在选择最佳的MS/β-CD比例以及理解环境压力对CNPs性能的影响方面仍存在挑战。因此，本研究系统地研究了MS/β-CD CNPs中积雪草多酚的包封情况，重点关注其物理化学性质、稳定性和释放行为。本研究的目标是开发和表征用于积雪草叶多酚包封的MS/β-CD复合纳米粒子。将优化MS/β-CD的比例，以实现高包封效率，并确保在pH值、离子强度、温度、光照和储存条件下的稳定性。此外，其在模拟胃肠道条件下的控释增强了积雪草多酚的生物利用度和功能效果，为其在功能性食品和营养保健品中的应用提供了潜力。

材料

本研究中使用的天然玉米淀粉（CAS号：9005-25-8）和β-环糊精（CAS号：7585-39-9，分子量1134.98，纯度≥98%）购自印度Sisco Research Laboratories。积雪草叶中的多酚使用先前研究（Tripathy等人，2025年）中使用的由甜菜碱和乳酸按2:1比例组成的天然共晶溶剂提取。所有其他试剂和化学品均为分析级，无需进一步纯化。

在玉米淀粉和β-环糊精中包封积雪草生物活性化合物

玉米淀粉纳米粒子

包覆材料对纳米粒子大小、ζ电位和PDI的影响

纳米粒子（NPs）的形态和功能特性受到多种参数的影响，特别是在合成过程中使用的原材料类型和比例（Harish等人，2022年）。本文系统评估了不同比例的玉米淀粉（MS）和β-环糊精（β-CD）对粒子特性（包括大小、ζ电位和多分散性指数（PDI）的影响（图1a, b）。图1a显示……

结论

MS/β-CD复合纳米粒子的开发为提高生物活性化合物的稳定性和控释提供了一种有效方法。通过结合淀粉的基质形成能力和β-环糊精的客体-主体化学作用，所开发的复合纳米粒子作为一种创新的递送平台，结合了物理保护和生化选择性。

CRediT作者贡献声明

Soubhagya Tripathy：撰写 – 审稿与编辑、撰写初稿、可视化、验证、软件使用、方法学设计、数据管理、概念构建。 Prem Prakash Srivastav：撰写 – 审稿与编辑、可视化、验证、监督、资源协调。

未引用的参考文献

Li等人，2024年

Park, Sung, Choi, Choi和Chang，2014年

Tang等人，2021年

Xu, Lin, Xu和Lei，2020年

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者Soubhagya Tripathy感谢印度政府教育部（前人力资源发展部）提供的研究所研究助理职位，同时也感谢印度理工学院卡拉格普尔分校农业与食品工程系和中央研究设施在本研究中的协助。