《International Journal of Biological Macromolecules》：From poor solubility to precision delivery: Zein–κ-carrageenan nanovehicles unlock dihydromyricetin's bioactive potential
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黄精素（DMY）因水溶性差和生物利用度低制约应用，本研究通过反溶剂沉淀法制备Zein-κ-卡拉胶纳米颗粒（质量比6:4），包封效率达83.1%。FTIR、荧光和XRD证实氢键、静电和疏水相互作用主导纳米结构形成，DMY锚定于Zein疏水区，κ-卡拉胶硫酸基团静电稳定颗粒表面。纳米体系显著提升DMY水溶性和生物利用度（分别4.88倍和1.65倍），体外消化模拟显示其符合Fickian扩散动力学（Ritger-Peppas模型）。该天然纳米载体为功能性食品开发提供新策略。
任国瑞|胡瑞琪|毛家军|蔡新培|王天荣|宋欣|吴文涛|诸葛彩心|黄敏|谢虎军|程克军
中国浙江省工商大学食品科学与生物技术学院，浙江省食品微生物技术重点实验室，杭州，310018
摘要
二氢杨梅素（DMY）具有强效的抗氧化、抗炎和神经保护作用，但其潜在应用受到极低水溶性和有限生物利用度的限制。为克服这些障碍，通过pH值为5时的反溶剂沉淀法制备了Zein-DMY/κ-卡拉胶（κ-CGN）纳米颗粒（zein:κ-CGN质量比为6:4），包封效率达到了83.1%。多光谱分析（FTIR、荧光、XRD）结合分子对接实验表明，氢键、静电和疏水相互作用是纳米颗粒形成的主要驱动力，DMY被锚定在Zein的疏水区域。κ-CGN中的密集硫酸基团通过静电作用稳定了纳米颗粒的表面，防止了其聚集。与游离DMY相比，纳米复合材料保持了较强的抗氧化活性（DPPH为95.25%，ABTS为97.20%），水溶性提高了4.88倍（3.12 ± 0.07 mg/mL），生物利用度提高了1.65倍（37.31%）。体外消化模拟以及SEM和释放动力学建模显示，纳米颗粒在肠液中的释放具有可控性，释放动力学符合Ritger-Peppas模型，表现出Fickian扩散行为。这种可扩展的食品级纳米载体为提高DMY的溶解性、生物利用度和靶向肠道递送提供了有效策略，适用于功能性食品和营养保健品。
引言
二氢杨梅素（DMY）是一种主要的生物活性黄酮类化合物，从传统中药植物
Ampelopsis grossedentata中提取，天然存在于多种植物性食品中，包括葡萄和红树莓（Zheng & Liu, 2006; [1], [2]）。大量研究表明DMY具有多种生物学和药理学活性，包括强效的抗氧化、抗菌、抗炎、抗癌和神经保护作用[3]。含有DMY的制剂被用于治疗酒精使用障碍和代谢或神经系统失衡等疾病，美国市场上也有DMY胶囊作为营养补充剂，用于缓解宿醉症状[4], [5]。然而，DMY容易因特定溶剂、极端pH值、温度波动和金属离子的影响而降解，导致其生物活性下降。此外，DMY的水溶性极低（25°C时仅约0.2 mg/mL），需要热水或乙醇才能溶解。这些因素共同导致其生物利用度极低且膜通透性差（P
eff = 1.84 × 10
?6 cm/s），严重限制了其在食品和制药领域的应用[6], [7]。
包封是提高DMY等生物活性化合物生物利用度和稳定性的关键策略。为解决这些问题，已经开发了多种递送平台，包括环糊精包合物[8]、共晶递送系统[9]、微乳[10]、磷脂复合载体[11]和化学酰化方法[12]。尽管这些系统在一定程度上改善了DMY的稳定性和生物利用度，但仍存在显著缺点。虽然环糊精包合物提高了溶解性并提供了保护，但DMY容易被其他分子取代，并且在极性溶剂中不稳定，限制了膜通透性。微乳通常释放动力学过快且通透性受限。此外，共晶形成和化学酰化方法面临材料昂贵、制造工艺复杂和反应条件苛刻等实际难题。
纳米颗粒包封为DMY的递送提供了一种潜在解决方案。利用非共价相互作用（如氢键、疏水力和静电作用）可以将DMY纳入保护性纳米结构中。这种方法的优势在于制备简单、成本低廉，无需特殊设备[13]。天然生物大分子纳米颗粒，具有疏水蛋白核心和亲水多糖壳，可以通过反溶剂沉淀法有效包封多酚，尤其是疏水性多酚。例如，Zein-羧甲基环糊精用于姜黄素[14]；Zein-壳聚糖复合材料用于姜黄素/丁香酚共包封[15]和槲皮素递送[16]；以及单宁酸交联的Zein纳米颗粒用于姜黄素[17]。尽管取得了进展，但使用疏水蛋白-亲水多糖纳米颗粒进行DMY包封的研究尚未报道。鉴于不同多酚的独特蛋白质结合亲和力和能力，有必要进行专门研究，以确定这些相互作用如何影响递送系统的物理化学和功能特性。
Zein是一种典型的疏水蛋白，是玉米中的主要储存蛋白，含有大量疏水氨基酸。它不溶于水，但可溶于50%至90%的乙醇溶液[18]。Zein的分子结构具有明显的疏水区和亲水区，使其具有独特的自组装特性。此外，Zein具有优异的生物相容性和生物粘附性，是构建可食用载体的理想材料。然而，Zein纳米颗粒表面富含非极性氨基酸（占总氨基酸的50%以上），在储存过程中容易发生疏水聚集，导致纳米结构的丧失[19]。在胃环境中，低pH值和胃蛋白酶的作用会导致Zein分子变性和水解，从而破坏载体结构，使生物活性化合物在胃中过早释放[20]。
为了提高Zein纳米颗粒的稳定性并充分发挥其作为载体的潜力，可以使用亲水多糖材料对其进行修饰、包封和稳定[21], [22]。κ-卡拉胶（κ-CGN）是一种来自天然海藻的磺化阴离子多糖，具有生物降解性、高安全性和良好的水溶性。这些生物特性增强了其在递送系统中的生物相容性，减少了药物与宿主的不良反应[23]。其较高的电荷密度还能在较低浓度和较宽的pH范围内有效稳定蛋白质纳米颗粒[24]。尽管亲水多糖已被用于修饰蛋白质载体，但之前的研究缺乏系统的相行为分析、多尺度相互作用验证，Zein-多糖相互作用的分子机制也未完全阐明[25]。
为解决这些问题，本研究提出了一种综合方法框架：系统构建三元相图以合理筛选最佳配方，结合多光谱技术（FTIR、XRD、荧光）解析分子相互作用，并通过分子对接将宏观性质与微观结合机制联系起来。将这一框架应用于Zein-DMY/κ-CGN纳米颗粒，我们不仅旨在开发出稳定的DMY递送系统，还为蛋白质-多糖复合体的设计建立了机制基础。
材料
Zein购自Sigma-Aldrich Co. Ltd.（美国密苏里州圣路易斯）。二氢杨梅素（DMY，纯度>97%）、κ-卡拉胶（κ-CGN，半乳糖醛酸含量>74%）、胃蛋白酶（3000单位/mg酶活性）、胰酶（≥250单位/mg酶活性）、胆酸钠和脱氧胆酸钠一水合物购自Aladdin Chemical Co., Ltd.（中国上海）。HPLC级乙腈购自Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.（中国上海）。1,1-二苯基-2-皮克里酰肼（DPPH）也购自该公司。
Zein/κ-CGN/水体系的相图构建
在滴定过程中，吸光度的急剧增加表明发生了相分离。如图1a所示，当向Zein溶液中逐渐添加等浓度的κ-CGN溶液时，随着总浓度的增加（从0.1 wt%增加到0.3 wt%），发生相分离所需的κ-CGN与Zein的质量比逐渐减小。反向滴定顺序（图1b）也观察到了相同现象。比较图1a和b可知，当κ-CGN溶液加入Zein溶液中时...
结论
本研究通过反溶剂沉淀法成功制备了具有高包封效率的Zein-DMY/κ-CGN纳米颗粒，并实现了靶向肠道释放。与游离DMY相比，纳米颗粒中的DMY生物利用度提高了1.65倍，水溶性提高了4.88倍。此外，通过系统构建相图确保了配方的稳定性，揭示了静电、氢键和疏水相互作用之间的协同效应...
作者贡献声明
任国瑞：撰写 – 审稿与编辑、方法学、数据管理、概念设计。
胡瑞琪：撰写 – 初稿撰写、方法学、实验研究、数据管理。
毛家军：验证、实验研究、数据管理。
蔡新培：验证、实验研究、数据管理。
王天荣：验证、数据管理。
宋欣：验证、数据管理。
吴文涛：验证、实验研究。
诸葛彩心：验证、实验研究。
黄敏：概念设计。
谢虎军：撰写 – 审稿与编辑。
未引用参考文献
[69]
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
本研究得到了
中国博士后科学基金会（编号2024M761251）、
国家自然科学基金（编号42377342）、
浙江省自然科学基金（编号LTGN23C200012）、
丽水市博士后扶持基金（编号2023-361405）以及
国家创新创业人才培养计划（编号202410353066）的支持。
