《Food Biophysics》：Nanoencapsulation of Royal Jelly in Chitosan Nanocomplex through Ionic Gelation: Optimization and Characterization
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本研究聚焦于蜂王浆（Royal jelly）因其对储存条件和冷链的高度敏感性而导致的功能和商业价值损失，以及其强烈的酸味和气味限制了消费者接受度的问题。研究人员采用离子凝胶法（ionic gelation）对蜂王浆进行纳米包封（Nanoencapsulation），系统研究了壳聚糖溶液pH、浓度和注射泵流速对包封效率和纳米颗粒性能的影响，并通过响应面法优化了工艺。研究表明，在优化条件下成功制备了包封效率高、尺寸均匀、表面电荷稳定的蜂王浆-壳聚糖纳米颗粒，这为提高蜂王浆的稳定性、生物利用度及其在功能性食品配方中的应用提供了有效策略。
想象一下，一种被誉为“超级食品”的天然珍品，色泽黄白，质地乳脂，是蜂王和幼蜂的专属佳肴，它就是蜂王浆。蜂王浆富含蛋白质、独特的脂肪酸（如10-羟基-2-癸烯酸，10-HDA）、酚类化合物等多种生物活性物质，在改善代谢、预防疾病方面展现出巨大潜力，是功能性食品和营养保健品领域的明星原料。然而，这位“娇贵”的明星却有着令人头疼的弱点：它对储存环境极为敏感，一旦冷链中断或存储不当，便会迅速变质，导致其宝贵的功能价值和经济价值大打折扣。更让消费者望而却步的是，由于其富含脂肪酸，蜂王浆具有尖锐的酸味和刺激性气味，这严重影响了它在食品中的直接应用。如何为这位“易损”的明星穿上保护衣，让它既稳定又“美味”，成为了食品科学领域亟待解决的难题。
就在此时，纳米技术，特别是纳米包封技术，犹如一位技艺高超的“裁缝”，为这个难题提供了亮眼的解决方案。这项技术就像为活性成分打造一个个微小的“防护舱”，将它们包裹在纳米尺度的载体中，不仅能有效抵御外界不利环境，提高稳定性，还能掩盖不良风味，甚至增强其在人体内的吸收和生物利用度。在众多包封方法中，离子凝胶法因其条件温和、无需高温和有机溶剂、能制备稳定纳米颗粒等优点而备受青睐。其中，生物相容性良好的天然多糖——壳聚糖，因其独特的正电性，成为构建纳米“防护舱”的理想材料。那么，能否利用壳聚糖，通过离子凝胶法为蜂王浆量身打造一件合身的“纳米防护衣”呢？这件“防护衣”的性能又受哪些“剪裁”参数的影响？为了回答这些问题，来自国内的研究团队在《Food Biophysics》期刊上发表了他们的研究成果。
研究人员为了完成这项研究，主要运用了以下几个关键技术方法：首先，他们采用了离子凝胶法作为核心制备技术，以壳聚糖为包封材料，三聚磷酸钠（TPP）为交联剂，构建蜂王浆负载的壳聚糖纳米颗粒。其次，他们引入了基于响应面法（RSM）的Box-Behnken实验设计，系统性地优化了三个关键工艺参数：壳聚糖溶液pH值、壳聚糖浓度和注射泵流速。再者，他们运用了一系列先进的表征与分析技术来评估纳米颗粒的性能，包括高效液相色谱法测定标志性成分10-HDA的含量以计算包封效率，动态光散射法测定纳米颗粒的粒径和Zeta电位以评估其物理稳定性，分光光度法测定总酚含量和DPPH自由基清除能力以评价其生物活性，傅里叶变换红外光谱分析化学成分相互作用，以及扫描电子显微镜观察纳米颗粒的微观形貌。
研究结果
包封效率：研究结果显示，蜂王浆的包封效率在51.09%到77.89%之间变化。统计分析表明，壳聚糖溶液pH值和浓度对包封效率有显著影响。具体而言，较低的pH值（酸性环境）和较高的壳聚糖浓度有利于获得更高的包封效率。这是因为在酸性条件下，壳聚糖分子链上的氨基被质子化带正电，更易与带负电的TPP交联形成致密网络；而较高的壳聚糖浓度提供了更多的反应位点，增强了凝胶结构，从而更好地包埋蜂王浆成分。
Zeta电位：Zeta电位是衡量纳米分散体系稳定性的关键指标。本研究中，蜂王浆负载的壳聚糖纳米颗粒表现出正电性，Zeta电位值在16.7 mV到34.5 mV之间。pH值和壳聚糖浓度同样是主要影响因素。随着pH降低（酸性增强）和壳聚糖浓度升高，Zeta电位显著增加。高的正Zeta电位（绝对值>30 mV）意味着颗粒间存在强烈的静电斥力，能有效防止聚集，表明在优化条件下制备的纳米颗粒具有高稳定性。此外，正电性表面有利于纳米颗粒与带负电的生物膜相互作用，可能促进其生物粘附。
粒径：纳米颗粒的粒径直接影响其溶解性、稳定性和细胞摄取行为。本研究制得的纳米颗粒粒径范围在206 nm到521.5 nm之间。所有三个工艺参数（pH、壳聚糖浓度、流速）都对粒径有显著影响。粒径随着壳聚糖浓度和流速的增加而增大。pH的影响呈现先降后升的趋势，在pH 4.5左右能获得最小的粒径。这源于壳聚糖的溶解和电离状态对pH的依赖性，在特定pH下能与TPP达到最佳的交联状态，形成尺寸均一的颗粒。
总酚含量与抗氧化活性：除了以10-HDA为标志物，研究还测定了总酚含量和抗氧化活性，以全面评估蜂王浆生物活性成分的包封效果。总酚含量在51.67至76.82 mg GAE/100 g之间，抗氧化活性（DPPH自由基清除率）在10.29%至20.67%之间。与包封效率趋势一致，较高的壳聚糖浓度有助于包埋更多的酚类物质，从而表现出更高的抗氧化活性。尽管包封后测得的抗氧化活性低于新鲜蜂王浆（48.17%），这可能与包封过程中部分活性基团被束缚或发生相互作用有关，但纳米包封的核心价值在于长期保护这些活性物质免受降解，从而在储存和后续应用中维持其功能。
模型拟合与优化：研究人员建立了封装效率、Zeta电位、粒径、总酚含量和抗氧化活性关于三个工艺参数的二次多项式回归模型。方差分析显示这些模型是高度显著的，决定系数R2值在0.9022到0.9976之间，表明模型能很好地解释和预测实验结果。利用合意性函数进行多目标优化后，确定了最佳工艺条件为：壳聚糖溶液pH 3.64，壳聚糖浓度1.31%（即1.31 g/100 mL），注射泵流速0.5 mL/min，此时的合意性值为0.809。
蜂王浆壳聚糖纳米颗粒的表征：在最优条件下制备的纳米颗粒进行了详细表征。其包封效率为74.18%，Zeta电位为+33.42 mV（表明高稳定性），粒径为369.77 nm（小于500 nm，利于细胞内存作用），总酚含量为69.75 mg GAE/100 g，抗氧化活性为18.46%。傅里叶变换红外光谱分析证实了蜂王浆与壳聚糖/TPP之间通过静电相互作用和氢键成功实现了纳米包封，出现了新的特征峰和峰位移动。扫描电镜图像显示，冻干后的纳米颗粒呈光滑的球形，但存在一定程度的团聚现象，这在冻干样品中较为常见。
研究结论与讨论
本研究表明，通过离子凝胶法可以成功制备蜂王浆负载的壳聚糖纳米颗粒。利用Box-Behnken设计和响应面法优化，确定了制备高性能纳米颗粒的最佳工艺参数组合。在最优条件下获得的纳米颗粒具有良好的包封效率、适宜的粒径、高的正Zeta电位（确保胶体稳定性）以及保留的生物活性。傅里叶变换红外光谱从化学结构上证实了蜂王浆被成功包封于壳聚糖-TPP网络之中。
这项研究的意义重大。首先，它为解决蜂王浆固有的稳定性差、感官特性不佳的应用瓶颈提供了一种行之有效的纳米技术方案。其次，所开发的优化模型和工艺参数为规模化生产提供了科学依据。更重要的是，成功制备的蜂王浆纳米颗粒极大地拓展了其在功能性食品、营养补充剂乃至医药领域的应用前景。纳米包封不仅能保护蜂王浆中的活性成分在加工和储存过程中免遭破坏，延长货架期，还可能通过提高其生物利用度来增强健康功效。此外，纳米颗粒的形式有利于将其方便地添加到各种食品体系中，而不影响产品质地和风味。
当然，研究作者也指出，未来还需要进行更深入的研究，例如考察纳米包封蜂王浆在不同包装材料和环境因素下的长期稳定性，评估其在模拟胃肠道条件下的生物可及性和释放行为，以及在真实食品基质中的应用表现等。这些后续工作将推动这项实验室成果向实际产品转化，最终让更多消费者受益于这种天然“超级食品”的健康价值。
