《Sustainable Food Technology》：Preparation and characterization of pH-responsive fucoidan/carboxymethyl chitosan hydrogel beads for curcumin encapsulation and in vitro gastrointestinal release
编辑推荐：
姜黄素（Cur）具有多种生物活性，但存在稳定性差、易受胃肠道降解的问题。为了解决这些瓶颈，研究人员报道了一种有效且简便的策略，用于构建具有pH响应功能和可控胃肠道释放特性的可持续水凝胶递送系统。该水凝胶微球通过褐藻糖胶（Fuc）、羧甲基壳聚糖（CMCS）和封装
姜黄素（Cur）具有多种生物活性，但存在稳定性差、易受胃肠道降解的问题。为了解决这些瓶颈，研究人员报道了一种有效且简便的策略，用于构建具有pH响应功能和可控胃肠道释放特性的可持续水凝胶递送系统。该水凝胶微球通过褐藻糖胶（Fuc）、羧甲基壳聚糖（CMCS）和封装的生物活性化合物Cur之间的物理交联制备。结构表征证实，Fuc与CMCS之间的分子间氢键在水凝胶网络形成中起关键作用。Cur被有效封装在水凝胶微球内，作为额外的交联剂，增加了交联密度并降低了系统的平衡水含量。值得注意的是，水凝胶微球通过非共价相互作用和物理屏障保护Cur，增强了其热稳定性和紫外（UV）稳定性。此外，水凝胶微球表现出显著的pH响应性溶胀和释放行为，在酸性胃条件下溶胀极小且释放有限，而在碱性肠道环境中则急剧溶胀并几乎完全释放，这归因于多糖官能团的pH依赖性质子化状态改变了分子间相互作用。重要的是，封装的Cur在模拟胃肠道消化后仍保留了超过90%的抗氧化能力。这种无交联剂且食品级的系统为不稳定的多酚类物质提供了一个安全的递送平台，在功能性食品和膳食补充剂中具有很大潜力。
研究背景表明，姜黄素（Cur）虽具多种生物活性，但水溶性极低、化学稳定性差且在胃肠道中易降解，导致生物利用度受限。现有封装系统（如脂质载体、蛋白质基质、聚合物纳米颗粒）存在脂质氧化、酶降解敏感性等缺陷，亟需开发绿色、稳定的递送体系。为此，研究人员利用褐藻糖胶（Fuc）与羧甲基壳聚糖（CMCS）在酸性条件下通过分子间氢键构建物理交联水凝胶微球，用于Cur的封装与可控释放。该研究发表在《Sustainable Food Technology》。
关键技术方法包括：通过滴入盐酸溶液制备水凝胶微球，利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）和扫描电子显微镜（SEM）表征结构；通过紫外-可见分光光度法测定封装效率与负载量；在不同pH介质及模拟胃肠液（SGF和SIF）中评估溶胀与释放行为；采用电子顺磁共振（EPR）光谱分析DPPH自由基清除能力以评价抗氧化活性。
研究结果部分：
**3.1 制备Fuc–CMCS和Fuc–CMCS@Cur水凝胶微球**：通过优化Fuc/CMCS体积比（1:1），成功制备球形均匀的水凝胶微球，Cur的封装效率为88.22%，负载量为3.45 mg/g，归因于氢键作用。
**3.2 水凝胶微球表征**
**3.2.1 结构与物理性质**：FTIR显示，Fuc与CMCS间的氢键（如质子化羧基与羟基）是网络形成关键；XRD表明Cur从结晶态转为无定形态；TGA显示Cur的加入降低了平衡水含量并提高了热稳定性。
**3.2.2 形态与微观结构**：SEM观察发现，Cur的加入使水凝胶表面更粗糙、内部网络更致密，因Cur与多糖基质形成氢键，降低了水分子持留。
**3.3 Cur的热稳定性和紫外稳定性**：在60–80°C及365 nm紫外照射下，Fuc–CMCS@Cur中Cur保留率显著高于游离Cur（3 h UV照射后保留率84.11% vs 43.14%），归因于多糖网络的物理屏障。
**3.4 pH敏感性溶胀与释放行为**：水凝胶微球在pH 2.0和4.0下溶胀度低，Cur释放有限（<24%）；pH 6.0时溶胀增加，释放达39.56%；pH 7.4时完全崩解并100%释放。FTIR分析揭示机制：低pH下质子化基团促进氢键，高pH下去质子化导致静电排斥和网络解离。
**3.5 Cur释放与抗氧化活性**
**3.5.1 体外模拟胃肠环境释放**：在SGF中2 h释放小于20%，在SIF中4 h内接近100%释放，表明pH响应性保护Cur免受胃降解。
**3.5.2 消化过程中抗氧化活性**：EPR显示，经SGF和SIF消化后，Cur的抗氧化活性分别保留了93.22%和95.38%，高于游离Cur（保留41.77%）。动力学拟合表明，SGF处理后呈双指数衰变，反映部分Cur受限释放；UV-vis和FTIR证实Cur与多糖基质间存在氢键相互作用，即使在解离后仍维持结合。
总结讨论部分指出，本研究开发的绿色、食品级氢键物理交联水凝胶微球成功解决了Cur的递送瓶颈。结论部分翻译如下：本研究通过Fuc与CMCS间的氢键驱动物理交联，成功制备了pH响应性多糖水凝胶微球，构建了稳定的三维网络用于Cur封装。Cur既作为生物活性剂又作为额外交联剂，增强了网络交联密度与结构稳定性。水凝胶微球显著提升了Cur的热稳定性和紫外耐受性，并表现出良好的pH响应性溶胀和控释行为。在模拟胃液中，水凝胶保持紧凑结构，Cur释放低；而在模拟肠液中几乎完全释放。此外，体外模拟胃肠道消化后，封装Cur保留了超过90%的抗氧化活性，证实了水凝胶微球的优异保护性能。这一绿色、食品级递送系统为不稳定多酚化合物的封装与靶向递送提供了高效、可持续的策略，解决了其在营养保健和补充剂应用中的稳定化与控释关键挑战。
