《Food Chemistry》：Molecular insights into the synergistic binding mechanism of flaxseed extract encapsulation within an alginate–fish gelatin matrix
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本研究开发了一种基于海藻酸钠-鱼胶蛋白复合基质的pH响应微胶囊，用于包埋亚麻籽提取物中的活性成分。LC-MS分析鉴定出sinapic acid为主要酚酸，微胶囊包埋效率超过90%。分子动力学和对接模拟表明，聚合物基质与sinapic acid及SDG存在氢键作用，支持了高效包埋和pH依赖性释放的实验观察。
本·梅莱克·里姆（Ben Melek Rim）|塔库阿·本·赫莱尔（Takoua Ben Hlel）|奥拉·阿卜杜勒赫迪（Ola Abdelhedi）|纳西尔·A·易卜拉欣（Nasir A. Ibrahim）|瓦利德·埃尔法莱（Walid Elfalleh）|科琳·纳丁（Corinne Nardin）|穆拉德·杰里迪（Mourad Jridi）
生物资源功能生理学与价值化实验室（LR17ES27），贝贾生物技术高等研究院（ISBB），詹杜巴大学，9000，贝贾，突尼斯
摘要
本研究专注于开发一种对pH值敏感的微胶囊，用于包裹亚麻籽（FE）提取物，采用了海藻酸钠-鱼明胶的协同基质。LC-MS分析确定香豆酸是提取物中的主要酚类化合物。喷雾干燥后的微胶囊具有高达90%的包封效率，且颗粒均匀呈球形。该系统表现出优异的控释性能，其释放速率受pH值影响，这证明了基质的稳定性。在模拟的胃肠道环境中，释放过程迅速且几乎完全，消化结束时显示出较高的抗氧化潜力，从而提高了生物利用度。分子动力学和对接模拟结果显示，聚合物基质与香豆酸及木脂素二葡萄糖苷（SDG）之间存在氢键，同时货物-基质和基质-基质之间的相互作用能量也较为显著。这些计算结果为成分间的相互作用提供了分子层面的见解，解释了高包封效率及观察到的释放趋势。
引言
基于水胶体的递送系统的合理设计是食品科学领域的重大进展，旨在从经验性配方转向对生物聚合物基质内分子相互作用的机制性理解（Sabaghi等人，2022；Wang等人，2024）。尽管包封技术被广泛用于提高生物活性化合物的稳定性和生物利用度，但控制其保留和释放的结构及物理化学因素仍不完全清楚（Sabaghi等人，2022）。
亚麻籽（Linum usitatissimum L）是富含促进健康的植物化学物质的天然来源，包括多酚、黄酮类、木脂素和不饱和脂肪酸（Imran等人，2024）。其中，木脂素二葡萄糖苷（SDG）因其强大的抗氧化、抗炎和心脏保护作用而受到关注（Wang等人，2025）。然而，SDG及其他亚麻籽提取物中的酚类成分化学性质不稳定，溶解度有限，这限制了它们在食品系统中的应用（Waszkowiak & Gliszczyńska-?wig?o，2016）。
因此，了解亚麻籽提取物成分与蛋白质和多糖等生物聚合物之间的分子相互作用对于合理设计微结构基质至关重要。这样的系统可以提高包封效率、控制释放动力学，并最终提升SDG及相关植物化学物质的生物利用度（Sabaghi等人，2022）。在众多食品级生物聚合物中，海藻酸钠（一种阴离子多糖）与明胶（一种两性蛋白）的组合尤为有前景。它们带有相反电荷的功能基团，能够形成复杂的聚电解质复合物（PECs），创造出具有可调性质的独特微结构（Derkach等人，2020；Szekalska等人，2023）。海藻酸钠提供了耐胃酸环境的稳定pH响应支架（Wang等人，2020），而明胶则具有出色的成膜能力、热稳定性和丰富的氨基酸残基结合位点（Hajlaoui等人，2024）。此外，使用鱼明胶符合可持续发展的目标，有助于利用海洋产业的副产品（Despoudi等人，2021）。虽然海藻酸钠与明胶之间的复合作用已有充分研究（Derkach等人，2020），但当多组分植物提取物加入该系统时，其具体的分子排列方式仍需进一步阐明。特别是，不同生物活性配体与生物聚合物网络之间的相互作用机制以及负责稳定它们的具体残基仍需彻底研究。揭示这些相互作用机制对于从经验性配方向基于知识的高性能递送系统设计迈进至关重要。
本研究旨在结合计算机模拟和实验分析，阐明亚麻籽提取物在喷雾干燥海藻酸钠-鱼明胶基质中的包封机制。LC-MS用于分析提取物的酚类成分，分子对接和分子动力学模拟用于探讨基质成分与关键生物活性目标（SDG和香豆酸）之间的分子亲和力。通过物理化学（SEM、FTIR、DSC）、胶体（ζ电位）以及体外释放和消化分析进行了实验验证。这些方法共同提供了对包封过程和控释行为的分子层面理解，为先进的水胶体基递送系统的合理设计提供了指导。
试剂
所有使用的试剂和化学品均为分析级，购自德国Sigma-Aldrich公司。所有实验均使用蒸馏水。包括用于包封的喷雾干燥机（Büchi B-290，瑞士）在内的所有设备均按照良好实验室规范（GLP）操作。
亚麻籽提取物（FE）的制备
亚麻籽首先用实验室研钵研磨，然后用电搅拌机充分混合。所得粉末分散在蒸馏水中，并保持70°C
总酚类和黄酮类含量
包封系统的有效性与其生物活性载体的性质密切相关。因此，首先对制备的亚麻籽水提取物（FE）的总多酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）进行了分析。如表S1所示，该提取物富含酚类化合物，TPC为57.55?±?0.22?mg GAE/g DM，TFC为65.43?±?0.37?mg QE/g DM。这些数值较高，与现有文献中的数据相当或更高
结论
本研究阐明了亚麻籽提取物在海藻酸钠-鱼明胶基质中的包封机制。结合实验表征和计算建模，多尺度地理解了系统的性能。在1%的提取物加载量下，实现了超过90%的高包封效率，且颗粒均匀呈球形（SEM观察结果）。FTIR和DSC分析表明生物聚合物之间存在强烈的分子相互作用
CRediT作者贡献声明
本·梅莱克·里姆（Ben Melek Rim）：方法学设计、概念构思。塔库阿·本·赫莱尔（Takoua Ben Hlel）：实验研究、数据管理。奥拉·阿卜杜勒赫迪（Ola Abdelhedi）：实验研究、数据管理。纳西尔·A·易卜拉欣（Nasir A. Ibrahim）：撰写、审稿与编辑、验证、监督。瓦利德·埃尔法莱（Walid Elfalleh）：撰写、审稿与编辑、验证、监督。科琳·纳丁（Corinne Nardin）：撰写、审稿与编辑、验证、监督。穆拉德·杰里迪（Mourad Jridi）：撰写、审稿与编辑、验证、监督。
写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
本研究未使用AI创建新的科学内容。仅使用OpenAI的ChatGPT来提高手稿的清晰度。所有内容均由作者彻底审阅，作者对最终版本的研究内容负全责。
资助
本研究得到了伊玛目穆罕默德·伊本·沙特伊斯兰大学（IMSIU）科学研究处的支持，资助编号为IMSIU-DDRSP-RP26。
未引用的参考文献
Huang等人，2019
Kramer, Bella, Mayville, Brodsky和Berman，1999
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
