《Trends in Food Science & Technology》：Structural regulation of protein-pectin composite carriers for enhanced oral bioavailability of curcumin: A critical review
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姜黄素因低水溶性、代谢快及肠道吸收效率低导致口服生物利用度不足10%，蛋白质-果胶复合载体通过协同机制实现高效递送：果胶壳层稳定蛋白质核心，通过肠菌降解触发靶向释放，同时增强水溶性和消化稳定性。提出环境依赖性协同模型和三阶段作用机制，并探讨工业化生产策略。
马丹华|毕金凤|崔秋潭|刘彦成|易建勇
中国农业科学院食品科学技术研究所（CAAS），农业农村部农产品加工与贮藏重点实验室，北京，100193，中国
摘要
背景
姜黄素（Cur）作为一种有前景的功能性食品生物活性成分，由于其极低的口服生物利用度而受到限制，尽管已经进行了大量的包封尝试。这主要是由于其溶解度低、代谢速度快以及缺乏靶向吸收机制。蛋白质-果胶复合载体作为一种有希望的解决方案出现，因为它们可调的结构设计可以克服这些关键障碍。
范围和方法
本综述批判性地研究了蛋白质-果胶载体的结构调节如何提高姜黄素的生物利用度。我们提出了一个环境依赖的协同模型来阐明潜在的分子间相互作用，并阐述了一个三阶段机制，该机制将复合体的结构与提高的溶解度、消化稳定性和结肠靶向释放联系起来。同时分析了扩大生产的挑战和实际解决方案。
主要发现和结论
蛋白质-果胶复合材料通过一种协调机制提高生物利用度：疏水性蛋白质核心使姜黄素溶解，而果胶壳层提供稳定性并促进在结肠中的微生物群触发释放。这些相互作用的协同作用是环境依赖的，并受果胶微观结构的调控。为了弥合实验室研究与工业应用之间的差距，我们概述了综合策略，包括从农业废弃物中提取绿色原料和精密微流控制造技术。总体而言，本综述为有效、食品级的疏水性生物活性化合物递送提供了一个合理的设计框架。
引言
姜黄素（Cur）是姜黄（Curcuma longa L.）的主要生物活性成分和着色物质，由于其已证实的抗炎、抗氧化和抗癌特性而受到广泛关注（El-Saadony等人，2025年）。商业姜黄素通常是由三种类似化合物组成的混合物：姜黄素、去甲氧姜黄素和双去甲氧姜黄素（图1）。尽管具有这些有前景的生物活性，但由于其极低的口服生物利用度，其广泛应用受到了严重限制。这一限制源于三个内在的分子特性：极高的疏水性导致在水中的溶解度极低、在胃肠道中的代谢不稳定以及肠道吸收效率低下。因此，只有大约10%的摄入姜黄素能够到达结肠，仅有1%进入全身循环（Zhong等人，2025年）。
为了克服这些障碍，人们探索了各种包封策略。虽然像脂质体和合成聚合物纳米颗粒（例如PLGA）这样的主流递送系统在制药领域具有优势，但它们在广泛食品应用中存在固有的局限性（Kanwar，2025年）。尽管脂质体具有生物相容性，但对于像姜黄素这样的高度疏水性化合物，它们通常表现出较低的包封效率，同时还存在物理不稳定性和高生产成本的问题（Rafiee等人，2019年；Rahim等人，2025年）。PLGA纳米颗粒可以实现可控的持续释放，但人们对残留溶剂或降解产物的潜在毒性感到担忧，这阻碍了它们在食品中的监管批准。更重要的是，这两种系统通常缺乏在复杂胃肠道环境中进行靶向释放的内置生物识别基序（Stromberg等人，2023年）。
食品级的基于蛋白质的载体（例如酪蛋白、玉米醇溶蛋白）提供了一种更安全的替代方案，并显示出显著的姜黄素装载能力（Iddir等人，2022年；Wang等人，2023年；Zhao等人，2022年）。然而，它们的实用性经常因在食品加工和胃肠道传输过程中的结构脆弱性而受到损害，这可能导致负载物的过早释放。这凸显了单组分系统中的一个基本权衡：实现高装载能力往往牺牲了环境稳定性。因此，蛋白质-果胶复合载体作为一个合理设计的平台应运而生，它整合了互补的功能。该系统策略性地利用蛋白质对疏水性物质的高亲和力来溶解姜黄素，而阴离子果胶壳层则提供多方面的稳定性并实现先进的、可编程的胃肠道行为。关键的是，果胶不仅作为一个被动涂层，还作为一个主动的功能组分。其同聚半乳糖醛酸（HG）域促进pH稳定的静电复合，而鼠李糖半乳糖醛酸-I（RG-I）域提供空间阻碍，并且最显著的是，通过微生物群介导的降解实现结肠靶向释放——这是主流合成系统和单一蛋白质载体所缺乏的关键特征（Haque等人，2025年；Subbiah等人，2025年）。从定量上看，这些复合材料始终能够实现高效率的姜黄素包封，可与合成纳米颗粒相媲美，同时仅使用GRAS（普遍认为安全）材料，为扩大生产提供了更有利的成本结构。文献分析强调了这一领域日益增长的重要性。Web of Science的初步搜索显示，在过去十年中，关于基于生物聚合物的用于营养品递送的复合材料的研究兴趣显著增加，这从每年发表的相关文章数量的增长中可以看出（见图2）。许多综述广泛讨论了食品级递送系统和蛋白质-多糖相互作用（Fu等人，2023年；Guo等人，2020年；Hu等人，2015年；Wang等人，2024年）。
尽管有这些巨大的潜力，但关键的知识空白阻碍了最佳复合材料的合理设计：（1）在不同环境条件下蛋白质-果胶相互作用机制的未解决争议；（2）简化的体外消化模型与动态的体内环境之间的差异；（3）由于果胶来源的多样性和复合材料制造的均匀性而产生的可扩展性挑战。弥合这些差距需要从经验性配方向理性结构设计的转变。本综述旨在批判性地解析控制姜黄素递送的蛋白质-果胶复合体的结构-活性关系。具体来说，我们试图通过提出一个统一的、环境依赖的分子间相互作用协同模型来解决现有争议；建立一个顺序的三阶段机制来增强生物利用度；并批判性地评估能够弥合实验室到工业差距的可扩展制造策略。
部分摘录
姜黄素生物利用度的结构决定因素
姜黄素的口服生物利用度本质上受其分子结构的限制，这决定了其溶解度、聚集倾向和代谢稳定性。
单一蛋白质载体的局限性
单一蛋白质载体的性能受到内在和外在因素的复杂相互作用的影响。如图3所示，关键决定因素包括蛋白质的结构特性、被包封生物活性物质的物理化学特性（例如姜黄素）、它们之间的相互作用以及加工和消化过程中施加的压力。以下部分批判性地评估了代表性动物和植物蛋白质的特定属性（见表1）
果胶的结构特性和协同作用
果胶在复合载体中的功能主要由两个主要结构域决定：同聚半乳糖醛酸（HG）和鼠李糖半乳糖醛酸-I（RG-I）。这些域通过静电稳定、空间阻碍和靶向释放发挥协同作用，从而提高蛋白质载体的性能（Xing等人，2025年）。表2总结了这些域的结构参数、核心功能及其在载体设计中的互补作用
提高生物利用度的协同三阶段机制
蛋白质-果胶复合材料通过一个包含溶解度增强、稳定性保护和靶向吸收的协同三阶段机制来提高姜黄素的口服生物利用度。每个阶段都受到蛋白质基质和果胶壳层之间不同结构和物理化学相互作用的调控。复合体的核壳微结构至关重要，它调节姜黄素的溶解、赋予降解抗性，并实现特定位置的释放扩大生产的挑战和综合解决方案
从实验室概念验证转向工业规模应用面临独特的挑战，主要与过程控制和结构再现性有关。表4详细介绍了主要制造方法的核心工艺参数、关键结构指标和潜在的扩大生产解决方案。实现一致的粒径是一个关键瓶颈。例如，在静电自组装过程中，批次间的pH值和搅拌速度的变化可能会增加当前挑战
将蛋白质-果胶复合材料从实验室研究转化为临床和工业应用面临几个相互关联的科学和技术障碍。一个主要障碍是缺乏定量结构-功能关系。目前缺乏可靠的预测模型，能够将果胶的微观结构参数（例如RG-I侧链长度、HG甲基化模式）与关键体内结果（如黏液渗透和细胞摄取效率）联系起来结论
本综述建立了一个机械框架，用于合理设计蛋白质-果胶复合载体，以提高疏水性生物活性物质的口服生物利用度。分析表明，通过一个顺序的、协同的机制实现了生物利用度的提高：疏水性蛋白质核心使负载物溶解，而果胶壳层提供稳定性并促进在结肠中的微生物群触发释放。一个关键的概念进展是提出的
未引用的参考文献
Cortés-Morales和Velazquez，2021年；Dib和Chen，2023年；Du和Xiao，2022年；Grasdalene和Larsen，1988年；Holovko等人，2024年；KE和ZHANG，2023年；Li和Zhang，2022年；Macias-Frotto等人，2025年；Mitra和Murthy，2022年；Pawde和Dave，2025年；Tabanelli和Calderone，2021年；Tang和De Vos，2025年；Wang和Luo，2023年；Xavier和Mariutti，2021年；Xue和Luo，2023年；Yüksel和Kort，2025年。CRediT作者声明
马丹华：研究、方法学、撰写-原始草案。毕金凤：资金获取。崔秋潭：资源。刘彦成：资源。易建勇：概念化、撰写-审阅与编辑。
