《Food Research International》：pH-driven curcumin-loaded chitosan nanoparticles: Fabrication, characterization, stability, bioactivity, and application of nano-coating for probiotics
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pH驱动法制备壳聚糖/姜黄素纳米颗粒并应用于益生菌涂层，显著提高益生菌存活率及姜黄素释放效率，通过静电吸附实现协同增效，验证了该纳米封装技术的高效性与生物相容性，为功能性食品开发提供新策略。
袁永凯|滕玉玉|宋英春|吴浩|朱俊翔|董晓亮|薛娜|王晓涵|徐克峰|王国东
青岛农业大学食品科学与工程学院，中国青岛266109
摘要
姜黄素和益生菌具有协同的健康效应，但它们的稳定性有限，这限制了其实际应用。共封装被提出作为一种有前景的策略，但通常涉及复杂的制备程序、高能耗、使用有机试剂、较低的多酚负载能力以及较差的口感。在这项研究中，使用pH驱动方法制备了载有姜黄素的壳聚糖（CS/Cur）纳米颗粒，并将其作为益生菌的纳米涂层。当壳聚糖与姜黄素的质量比为1:1时，CS/Cur纳米颗粒表现出较小的尺寸（157.8纳米）、较低的多分散性指数（0.16）、较高的正Zeta电位（40.5毫伏）、较高的包封效率（86.95%）和较高的负载能力（47.48%）。傅里叶变换红外光谱表明，氢键和疏水相互作用主导了纳米颗粒的形成，而X射线衍射证实姜黄素处于非晶态。这些纳米颗粒在pH值为2.0–6.0和离子强度为0–400毫摩的范围内保持稳定。冻干后，它们显示出良好的再分散性和姜黄素溶解度的提高（67.32微克/毫升）。包封增强了DPPH/ABTS+自由基的清除活性，其对ABTS+的抗氧化效果与维生素C相当。姜黄素对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌活性在纳米封装后也得到了增强。通过Zeta电位测量和透射电子显微镜证实，CS/Cur纳米颗粒对鼠李糖乳杆菌 GG（LGG）起到了保护作用。纳米涂层减轻了热应力、冻干损伤以及六种抗生素的暴露，从而提高了LGG的存活率。在模拟的胃肠道消化过程中，封装后的LGG比未封装的LGG具有更高的存活率，而姜黄素表现出持续释放的特性。这些结果展示了一种在功能性食品系统中共封装和共输送疏水性多酚和益生菌的可行策略。
引言
姜黄素（Cur）在食品工业中得到了广泛应用，并因其出色的抗氧化、抗炎和抗菌活性而受到广泛关注（Cui, Gao等人，2024；Devi等人，2025）。然而，其极低的水溶性和较差的口服生物利用度严重限制了其实际应用（Ding等人，2023；Hou等人，2022）。为了解决这些问题，大量研究集中在纳米封装上，作为一种提高姜黄素稳定性、溶解度和靶向输送的优选策略（Han, Zhang等人，2024；Jiang等人，2020）。尽管取得了这些进展，但大多数报道的纳米封装主要关注输送效率，而在平衡制备简单性、低能耗、无有机试剂和高负载能力方面仍存在不足。
包括纳米颗粒和静电纺丝纳米纤维在内的纳米结构化策略，已经显示出增强不同极性生物活性化合物的包封、稳定性和输送效率的强大潜力（Castro-Mu?oz等人，2024；Ferreyra-Suarez等人，2024）。然而，常见的制备方法，如抗溶剂沉淀、抗溶剂共沉淀和溶剂蒸发法，通常依赖于有机溶剂或能耗较高的设备，存在易燃性风险、溶剂残留问题以及较低的载药能力（Liu等人，2022；Wei等人，2020）。这些缺点限制了其在儿童、孕妇、患者以及因宗教原因不能摄入含酒精食品的人群中的使用（Pan & Zhong，2016）。相比之下，pH驱动方法通过简单的pH调节实现纳米颗粒的自组装，无需复杂的设备或有机溶剂（Li等人，2022；Yuan等人，2023）。值得注意的是，基于单壁材料的pH驱动策略是一种新兴且未充分探索的方法，它克服了配方简单性和负载效率之间的常见矛盾，有效解决了低负载能力的问题（Yuan, Ma, Zhang, Wang, & Xu，2022；Yuan, Zhang, Ma, Wang, & Xu，2022）。
最近的研究强调了生物活性成分的协同效应，这可以显著提高治疗效果（Du等人，2025；Shen等人，2025）。特别是，多酚与益生菌的结合显示出比单独成分更强的生物活性和更好的肠道微生物群调节效果（Gao等人，2024；Xu等人，2024）。然而，与上述多酚类似，益生菌也容易受到环境因素的影响，在从加工到胃肠道传输的过程中会失去活性（Ge等人，2024；Han, McClements等人，2024；Pan等人，2025）。因此，提高益生菌的存活率对于最大化其治疗效果至关重要。共封装是一种有前景的策略，可以克服这些挑战（Ma等人，2024；Ma等人，2025；Sharma等人，2024）。尽管已经提出了几种共封装策略，但开发同时确保生物活性输送、细胞存活率和感官可接受性的益生菌兼容系统仍然是一个关键挑战。纳米涂层方法特别有助于克服上述挑战（Gao等人，2025；Wu等人，2025）。
壳聚糖（CS）是唯一天然存在的阳离子多糖（Shi等人，2024；Szulc & Lewandowska，2023）。通过脱乙酰化获得的CS具有无毒、可生物降解和生物相容等优点（Chen等人，2023；Chignola等人，2022；Mu?oz-Nu?ez等人，2024）。CS和多酚都在改善纳米结构系统的物理化学性能方面发挥着关键作用：CS增强了机械强度、屏障性能和生物相容性，而多酚则提供了抗氧化和抗菌功能（Eranda等人，2024；Lin等人，2025；Siddiqui等人，2024）。此外，评估CS基纳米颗粒在不同条件（如pH值和温度）下的稳定性对于确保其在实际环境中的功能至关重要（Saberi Riseh等人，2023；Wang & Jiang，2019）。
在这种情况下，本研究首次选择CS来制备pH驱动的载姜黄素正电荷纳米颗粒，然后基于静电吸引原理将其应用于益生菌的纳米涂层。这些纳米颗粒通过纳米颗粒尺寸分析仪、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）进行了表征。评估了关键指标，包括包封效率（EE）、负载能力（LC）、稳定性和生物活性。随后，将CS/Cur纳米颗粒沉积在鼠李糖乳杆菌 GG（LGG）上形成纳米涂层，并通过Zeta电位和TEM进行了确认。接着研究了LGG在各种条件（加热、冷冻干燥、抗生素毒性、胃肠道消化）下的存活率以及姜黄素的控释情况。本研究的结果为开发一种无需有机溶剂、节能、制造简便、负载能力高且口感良好的疏水性多酚和益生菌共输送系统奠定了坚实的基础，具有在食品和医药领域的巨大应用潜力。
材料
CS（脱乙酰度80–95%；粘度50–800 mpa.s）从Solarbio有限公司（北京，中国）购买。姜黄素（纯度98%）、1,1-二苯基-2-吡啶肼（DPPH）、胃蛋白酶、胰酶、胆盐、环丙沙星、托布霉素、新霉素、诺氟沙星和庆大霉素从Macklin Technology有限公司（上海，中国）采购。De Man、Rogosa和Sharpe（MRS）肉汤及MRS琼脂从Hope Biotechnology有限公司（青岛，中国）购买。左氧氟沙星从Yuanye购买
平均粒径、多分散性指数、Zeta电位分析
如图1A所示，当CS与姜黄素的比例从1:5变化到1:1时，平均粒径持续减小，这可能是由于姜黄素和CS之间的分子相互作用增强，影响了纳米颗粒的自组装（Wei等人，2025）。然而，当CS与姜黄素的比例从1:1增加到5:1时，粒径显著增大（p < 0.05）。这可以通过颗粒间过量CS的交联来解释：在较低的CS浓度下，姜黄素主要进入
结论
总之，本研究使用pH驱动方法制备了带正电荷的CS/Cur纳米颗粒，并进一步利用静电吸引原理将其用于LGG的纳米涂层，设计了一种多酚和益生菌的共封装系统。结果表明，氢键和疏水相互作用主要控制了CS/Cur纳米颗粒的组装，这些纳米颗粒处于非晶态。作为球形结构，这些纳米颗粒在
CRediT作者贡献声明
袁永凯：撰写初稿、软件开发、项目管理、方法论、资金获取、数据整理。滕玉玉：撰写初稿、软件开发、方法论、数据整理。宋英春：软件开发、实验研究、数据分析。吴浩：撰写审查与编辑、软件开发、数据分析。朱俊翔：撰写审查与编辑、软件开发、数据分析。董晓亮：实验研究。薛娜：实验研究。王晓涵：实验研究。徐克峰：撰写审查与
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本研究得到了山东省自然科学基金（ZR2025QC198）、青岛市自然科学基金（25-1-1-28-zyyd-jch）以及山东海洋科学技术成果转化与创新创业联盟“揭示清单并掌握主导权”项目（2024JBGS03）的支持。
