《Food Hydrocolloids》：Enhancing Fucoxanthin Bioavailability: Octyl-Modified Maltodextrin Micelles and Ultrasound-Assisted Encapsulation
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麦芽糊精化学修饰形成胶束状纳米载体，通过超声辅助技术增强其 encapsulation efficiency（49.57%）和肠道靶向释放能力，改善 fucoxanthin 稳定性及生物利用率。
韩凌宇|农梦思|杨吉新|曹继娟|胡冰|彼得·A·威廉姆斯
大连民族大学生命科学学院，中国辽宁省大连市，116600
摘要：
胶束是一种纳米结构，能够在其疏水核心内包裹疏水性物质，从而使其能够在水介质中分散。这提高了被包裹的生物活性化合物的溶解度、稳定性和生物利用度，并允许对其实现控制释放。在本研究中，通过酯化反应在麦芽糊精链的主链上添加疏水性辛基团对其进行了化学修饰。随着取代程度的增加，类胶束聚集体的粒径和临界聚集浓度（CAC）逐渐减小。封装效率和负载能力与取代程度呈正相关。此外，超声波处理通过诱导空化效应增强了胶束内的疏水相互作用，显著提高了封装能力，并弥补了较低的取代程度带来的影响。它还改善了复合材料的性能，并赋予了类胶束聚集体环境稳定性。体外消化过程模型显示，负载岩藻黄质的类胶束聚集体可以有效避免在胃中的释放，同时在肠道中的释放显著增强。正如预期的那样，辛基修饰的麦芽糊精（MD-C8）显著提高了岩藻黄质的生物可利用度（49.57%），并在模拟的胃肠道消化过程中提高了胶束化速率（90.96%）。这些发现表明MD-C8是一种有效的功能性生物分子递送载体。结合超声波辅助技术，它在疏水性化合物的封装应用中显示出巨大潜力。
引言
岩藻黄质是一种天然存在的类胡萝卜素，主要来源于可食用的海洋藻类。它占所有天然类胡萝卜素的10%以上，在海洋生态系统中作为主要色素（Zhao等人，2022年）。岩藻黄质具有独特的共轭双键系统（共振结构）以及多个含氧功能基团。由于其相对较低的分子量，岩藻黄质也能被生物体轻易吸收。此外，岩藻黄质对人体皮肤、肝脏、肾脏、脾脏和生殖组织没有毒性，因此具有多种应用（Xiao等人，2020年）。从功能上看，岩藻黄质具有多种生物活性，包括抗氧化、抗炎、抗肥胖和心血管保护作用。因此，岩藻黄质非常适合用于食品、药品和化妆品中。在实际应用中，岩藻黄质还可以作为功能性食品中的营养补充剂，帮助预防或缓解慢性疾病和与年龄相关的疾病（Zhang等人，2024年）。尽管具有这些优势，但由于岩藻黄质多烯链的相互连接结构，使其在热、光和极端pH值存在下化学不稳定，容易发生氧化。这些环境压力会导致反式-顺式异构化，从而大幅降低岩藻黄质的生物利用度和效果。因此，岩藻黄质在加工、储存和消化过程中容易发生变化，限制了其商业应用（Tian等人，2025年）。此外，与疏水性功能分子的相互作用会进一步降低岩藻黄质在消化液中的溶解度，进一步影响其生物利用度（Xu等人，2024年）。
近年来，通过提高类胡萝卜素的溶解度和稳定性来增强其生物功能的封装技术受到了广泛关注（Kuang等人，2024年）。用于药物递送系统的类胶束聚集体具有提高生物利用度、改善溶解度和实现持续释放等优点（Thongpon等人，2025年）。鉴于天然生物系统中存在多种多糖，这些大分子的化学修饰已成为材料科学的关键研究领域（Suenaga等人，2025年）。麦芽糊精（MD）是一种广泛使用的多糖，由淀粉的部分水解获得，其亲水性比大多数其他碳水化合物更强（Sahiner等人，2024年）。MD被认为是一种有效的封装载体，主要用于多种物质的封装，这主要归功于其高水溶性、低粘度和中性味道。例如，Sia等人（2025年）使用15%的MD作为从jaboticaba果汁中提取的花青素的封装剂，制备了微胶囊，封装效率达到65%，证明了该方法在保护敏感的花青素化合物方面的可行性。同样，Sahiner等人（2024年）使用MD和交联剂二乙烯基砜通过反向胶束交联技术制备了阿莫西林微胶囊，封装效率达到63.4 ± 4.1%。在另一项研究中，Kim等人（2025年）通过应用壳聚糖（CS）涂层并结合喷雾干燥技术使用MD或阿拉伯胶（GA）提高了乳清蛋白分离物（WPI）乳液的稳定性，封装效率从75–78%提高到了95–98%。值得注意的是，MD不仅提高了封装效率，还有助于优化粒径分布并增强微胶囊的储存稳定性。这些优势通常取决于其浓度，可以对其进行微调以保护和递送生物活性化合物。然而，用于制备乳液的喷雾干燥过程相对复杂，通常需要大量油来生成分散相。相比之下，通过两亲分子在水溶液中的自组装形成胶束是一种简化的方法。这种方法不需要复杂的设备，而是利用分子自组装机制形成胶束系统，为功能性成分的封装和递送提供了一种更方便和可扩展的策略（Han等人，2024年）。
然而，类胶束聚集体系统在封装效率和生物利用度方面仍存在一些局限性。例如，在一项先前的研究中，来自E. coli O113的脂多糖（LPS）胶束对氯喹（CQ）、姜黄素（CCM）、维莫非尼（VEM）和多柔比星（DOX）的封装效率分别为83%、80%、76%和74%（Noronha等人，2023年）。最近的研究表明，液体系统中的超声波传播会诱导一种独特的声学空化现象，其特征是微气泡的生成、生长和破裂（Liang等人，2023年）。这些气泡的破裂会导致大量能量的局部释放，从而形成液体射流、压力升高和温度升高。超声波辅助技术可以通过促进界面质量传递和分子组装行为来解决这些局限性。例如，Siqueira等人（2024年）报告称，将喷雾干燥与Ultra-Turrax均质化和超声波处理结合后，维生素E微胶囊的封装效率从73.73%提高到了94.05%。值得注意的是，最终产品的产率为53.2%。同样，Cao等人（2025年）使用400 W的超声波处理开发了一种大豆乳清蛋白-槲皮素纳米系统。他们的策略实现了粒径的减小、ζ-电位值的增加、更均匀的分布、95.63±0.60%的封装效率以及显著的生物利用度提高。总体而言，这些研究表明，超声波技术可以通过增强界面相互作用来实现活性成分在纳米系统中的高效封装。
尽管疏水修饰和超声波技术已被应用于各种生物聚合物（如藻酸盐、壳聚糖、蛋白质）以实现生物活性递送（Han等人，2024年；Han等人，2023年；Hu等人，2020年），但基于MD的递送系统的研究仍然相对较少，尽管它们具有显著的优势。用疏水性辛基链修饰MD可以产生两亲衍生物，结合了MD的加工优势和表面活性剂的自组装能力。此外，岩藻黄质具有高度疏水性且稳定性较差，是评估递送系统有效性的理想模型化合物。因此，我们假设辛基修饰的MD，特别是与优化的超声波处理结合使用时，构成了一个简单、可扩展且高性能的岩藻黄质递送平台。
在本研究中，使用MD和辛酰氯作为原料，通过酯化过程合成了不同取代程度（DS）的两亲脂肪酰氯-麦芽糊精钠衍生物。这些修饰衍生物被设计为自组装成类胶束聚集体，用于岩藻黄质的封装。在超声波处理前后评估了这些自组装类胶束聚集体对岩藻黄质的封装效率，以研究其装载特性、结构和形态特征以及整体物理化学性质。此外，还使用了体外模拟的胃肠道消化模型来评估这些MD衍生物对岩藻黄质控制释放、消化和稳定性的影响。本研究旨在开发一种能够高效封装和释放岩藻黄质的递送系统。
材料
MD（聚合度DP 5.0–8.0）和芘均购自Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd（中国上海）。辛酰氯和岩藻黄质购自Macklin Biochemical Technology Co., Ltd（中国上海）。二氧化氘（D2O）购自Jin'ouxiang Technology and Trade Co., Ltd（中国北京）。此外，无水乙醇（EtOH）和磷酸盐缓冲盐水（PBS，pH 7.0）购自Xilong Scientific Co., Ltd（中国汕头）。
麦芽糊精衍生物的合成与分析
图1a显示了未修饰的MD和MD-C8的1H NMR光谱。3.0-4.0 ppm和5.39 ppm区域的特征峰归属于糖环的相似质子和MD的异头质子（Salehpour等人，2023年）。在4.79 ppm观察到的峰归因于D2O中的残留非氘代水。辛酰氯质子的吸收峰出现在0.8、1.25、1.59和2.35 ppm，分别对应于甲基和亚甲基上的质子。
结论
总之，本研究成功合成了具有不同DS值的疏水修饰MD衍生物。采用多种方法系统地评估了所得MD-C8复合材料的结构特性和自组装行为。发现MD-C8的CAC范围为0.002至0.011 mg/mL，能够自组装成粒径在279.85±0.97 nm至309.37±1.17 nm之间的球形类胶束聚集体。
CRediT作者贡献声明
曹继娟：撰写 – 审稿与编辑、方法学、概念化。胡冰：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学、概念化。农梦思：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学、研究。杨吉新：撰写 – 审稿与编辑、方法学、形式分析、概念化。韩凌宇：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学、研究、形式分析。彼得·A·威廉姆斯：撰写 – 审稿与
未引用的参考文献
Liu等人，2010年；Wilson和Prud'homme，2021年；Zhao等人，2022年。
利益冲突声明
彼得·A·威廉姆斯教授是《Food Hydrocolloids》杂志的主编，因此该手稿应分配给该杂志的副主编Fang Zhong教授，她具备进行审稿所需的必要知识。
致谢
本文得到了辽宁省科技计划联合基金项目（2025JH2/101800265）、国家自然科学基金（编号32202232）、中央高校基本科研业务费（044420250051）以及辽宁省重点研发项目（2024JH2/102400055）的资助。
