《食品科學(xué)》：溫棚副教授、胡騰根博士等：負(fù)載EGCG的柚皮果膠-玉米醇溶蛋白納米顆粒的制備、表征及穩(wěn)定性

茶多酚是茶葉中具有促進(jìn)健康的酚類化合物及其衍生物的總稱，其中兒茶素是其主要活性組分，而表沒(méi)食子茶素沒(méi)食子酸酯（EGCG）占兒茶素的50%～70%。

目前，提高EGCG穩(wěn)定性的策略主要包括微膠囊化、脂質(zhì)體包埋、乳液包埋等，但反溶劑法因其操作簡(jiǎn)便、可大規(guī)模制備等優(yōu)勢(shì)，已成為廣泛關(guān)注的技術(shù)之一。玉米醇溶蛋白（Zein）因其良好的生物相容性、自組裝性及兩親性等特性，廣泛用于封裝功能成分的納米顆粒遞送系統(tǒng)中。通過(guò)引入多糖、多酚或表面活性劑等物質(zhì)對(duì)Zein納米顆粒進(jìn)行修飾，可有效提升其穩(wěn)定性；而果膠以其生物降解性、安全性、穩(wěn)定能力和低成本的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院的勞穎儀、溫棚*等，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所的胡騰根*等通過(guò)反溶劑法制備負(fù)載EGCG的柚皮果膠（PP）-Zein（PP-Zein/EGCG）納米顆粒，通過(guò)粒徑、電位、包封效率等指標(biāo)對(duì)其結(jié)構(gòu)與理化特性進(jìn)行表征，并探討EGCG、Zein和PP間的相互作用，優(yōu)化三者比例以獲得性能最優(yōu)的納米顆粒。此外，評(píng)估復(fù)合納米顆粒的貯藏穩(wěn)定性及pH值、溫度、離子強(qiáng)度和蔗糖質(zhì)量濃度對(duì)其抗氧化性能的影響，以期為提升EGCG穩(wěn)定性及復(fù)合納米顆粒的抗氧化性能提供理論依據(jù)。

1 PP表征分析

半乳糖醛酸是衡量果膠純度的重要指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表1。GB 25533—2010《食品添加劑 果膠》規(guī)定果膠中半乳糖醛酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)大于65%。本研究中，PP的半乳糖醛酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.86%，滿足商品果膠標(biāo)準(zhǔn)。

酯化度表示甲酯化半乳糖醛酸的比例，從表1可知，本研究中PP酯化度為65.46%，屬于典型的高酯果膠范疇。研究表明，高酯果膠能夠通過(guò)形成穩(wěn)定的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高蛋白-多糖體系的乳化性和穩(wěn)定性，從而增強(qiáng)對(duì)活性物質(zhì)的包埋和保護(hù)作用。本研究提取的PP具良好結(jié)構(gòu)特性，適合構(gòu)建穩(wěn)定的復(fù)合體系，具有良好的應(yīng)用潛力。

2 制備條件對(duì)PP-Zein/EGCG納米顆粒的影響

2.1 PP超聲功率對(duì)納米顆粒穩(wěn)定性及包埋效果影響

超聲破碎可有效增強(qiáng)PP溶液的均勻性，從而利于制備高穩(wěn)定性納米顆粒。如圖1所示，基于未超聲處理PP溶液制備的納米顆粒呈深黃色，粒徑和PDI分別為1 752.33 nm和0.528，EGCG包埋率僅為89.45%，表明顆粒較大且分布不勻，易發(fā)生聚集或沉淀，導(dǎo)致體系穩(wěn)定性較差并影響包埋效果。隨著超聲功率增加，機(jī)械振動(dòng)和空化作用破壞聚集結(jié)構(gòu)，使PP溶液溶解性和均勻性得到提高。當(dāng)超聲功率為540 W時(shí)，粒徑進(jìn)一步降低，PDI達(dá)到最小值，包埋率、負(fù)載率和DPPH自由基清除率分別為98.18%、11.13%和32.9%，表明體系穩(wěn)定性最佳。進(jìn)一步增加功率導(dǎo)致溶液PDI增大、電位絕對(duì)值和包埋率降低，說(shuō)明超聲作用過(guò)強(qiáng)會(huì)破壞果膠分子鏈，導(dǎo)致其不能有效穩(wěn)定納米顆粒。因此，540 W為PP溶液的最佳超聲功率。類似研究表明，超聲處理可促進(jìn)Zein和阿拉伯膠的相互作用，增強(qiáng)對(duì)檸檬油的負(fù)載。

2.2 PP質(zhì)量濃度對(duì)納米顆粒穩(wěn)定性及包埋效果影響

PP作為一種天然多糖，具有良好的生物相容性，是理想的包埋壁材。如圖2所示，隨著PP質(zhì)量濃度的變化，溶液顏色變化較小。當(dāng)PP質(zhì)量濃度從1.25 mg/mL增至2.50 mg/mL時(shí)，粒徑從1 204.67 nm降至1 096.33 nm，PDI及Zeta電位分別降至0.367和—25.43 mV，表明PP通過(guò)增強(qiáng)靜電排斥及氫鍵作用優(yōu)化了顆粒分散性。同時(shí)，PP質(zhì)量濃度較低時(shí)，PP分子不足以完全包覆Zein-EGCG分子，導(dǎo)致顆粒疏水聚集，包埋率僅為96.15%；PP質(zhì)量濃度增至2.50 mg/mL時(shí)，PP通過(guò)其負(fù)電荷與疏水核層形成穩(wěn)定核殼結(jié)構(gòu)，包埋率提升至100%。然而，PP質(zhì)量濃度超過(guò)2.50 mg/mL時(shí)，由于分子自交聯(lián)和多層黏附效應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致顆粒尺寸增大、PDI升高、包埋率和EGCG抗氧化活性同步下降。因此，PP質(zhì)量濃度為2.50 mg/mL時(shí)效果最佳。類似現(xiàn)象在Liu Jiawen等的研究中也有報(bào)道，殼聚糖濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致納米顆粒聚集，造成粒徑增大和PDI升高。

2.3 Zein質(zhì)量濃度對(duì)納米顆粒穩(wěn)定性及包埋效果影響

PP-Zein/EGCG納米顆粒利用Zein的疏水性及與PP分子間的相互作用，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。如圖3所示，當(dāng)Zein質(zhì)量濃度為4 mg/mL時(shí)，粒徑和PDI僅為635.23 nm和0.301，溶液顏色較淺，推測(cè)是因?yàn)榈鞍追肿硬蛔銓?dǎo)致自組裝受限，核殼結(jié)構(gòu)不完整，EGCG包埋率僅為84.1%。隨著質(zhì)量濃度增加至8 mg/mL，溶液顏色加深，粒徑、PDI和電位分別增至1 096.33 nm、0.367和—25.43 mV，歸因于Zein分子增多促使核層增厚、顆粒尺寸增大，同時(shí)PP的靜電吸引降低表面電荷密度，形成穩(wěn)定的核殼結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)EGCG完全包埋。然而，當(dāng)質(zhì)量濃度超過(guò)10 mg/mL時(shí)，過(guò)量的玉米蛋白引發(fā)分子競(jìng)爭(zhēng)性聚集，導(dǎo)致有效參與包埋的蛋白比例下降，顆粒理化性質(zhì)發(fā)生變化；當(dāng)Zein質(zhì)量濃度為12 mg/mL時(shí)，EGCG包埋率、抗氧化活性及顆粒得率分別降至89.55%、25%和60.05%。因此，Zein質(zhì)量濃度為8 mg/mL時(shí)效果最佳。

2.4 EGCG質(zhì)量濃度對(duì)納米顆粒穩(wěn)定性及包埋效果影響

優(yōu)化EGCG質(zhì)量濃度有助于提升納米顆粒的理化穩(wěn)定性和包埋效果，從而增強(qiáng)其環(huán)境耐受性與應(yīng)用潛力。如圖4所示，不同EGCG質(zhì)量濃度條件下制備的納米顆粒外觀顏色變化較小。隨著EGCG質(zhì)量濃度從0.5 mg/mL增加到2.5 mg/mL，粒徑、PDI和Zeta電位絕對(duì)值均呈上升趨勢(shì)，表明更多的EGCG被包埋在復(fù)合體系中，核層增厚進(jìn)而引起粒徑和PDI的增加。然而，當(dāng)EGCG質(zhì)量濃度達(dá)到2.5 mg/mL時(shí)，EGCG分子過(guò)多，超出復(fù)合體系的包裹能力，部分EGCG吸附于外層，包埋率降至94.08%，并干擾顆粒形成，導(dǎo)致得率下降。Liang Jin等也發(fā)現(xiàn)，EGCG封裝率隨著質(zhì)量濃度增加呈先升高后下降的趨勢(shì)。因此EGCG質(zhì)量濃度為2.0 mg/mL時(shí)效果最佳。

綜上所述，最終確定優(yōu)化的反溶劑法制備條件為：PP質(zhì)量濃度為2.50 mg/mL，并進(jìn)行540 W的超聲處理，Zein和EGCG的質(zhì)量濃度分別為8 mg/mL和2.0 mg/mL；在此條件下，制備的PP-Zein/EGCG納米顆粒粒徑、PDI和Zeta電位分別為1 124.33 nm、0.374和—25.67 mV；EGCG在納米顆粒中實(shí)現(xiàn)完全包埋，其負(fù)載率為15.37%，DPPH自由基清除率為41.8%，顆粒得率為79.18%。

3 PP-Zein/EGCG納米顆粒理化性質(zhì)表征

3.1 微觀形貌分析

采用掃描電子顯微鏡觀察凍干后的PP-Zein/EGCG納米顆粒形貌，結(jié)果如圖5a所示。顆粒呈球形或近似球形，表面光滑，存在一定粘連現(xiàn)象，可能與PP作為外層包覆材料的黏附性有關(guān)，這既促進(jìn)了顆粒聚集，也有助于穩(wěn)定顆粒結(jié)構(gòu)，防止凍干過(guò)程中崩解。與溶液狀態(tài)下的水合粒徑（1 124.33 nm）相比，掃描電子顯微鏡測(cè)得的干態(tài)粒徑為130 nm，粒徑減小可能是溶液中顆粒易因靜電相互作用和吸引力而發(fā)生聚集，導(dǎo)致粒徑較大；而在凍干過(guò)程中，水分的去除使得顆粒收縮并破壞了聚集結(jié)構(gòu)，從而使粒徑減小。總體而言，PP-Zein/EGCG納米顆粒保持了良好的球形結(jié)構(gòu)，有助于其在不良環(huán)境中的穩(wěn)定性。

3.2 傅里葉變換紅外光譜分析

通過(guò)傅里葉變換紅外光譜分析Zein、PP、EGCG及PP-Zein/EGCG納米顆粒的結(jié)構(gòu)和相互作用，結(jié)果如圖5b所示。Zein和PP分別在3 318 cm—1和3 423 cm—1處的寬峰與—OH拉伸振動(dòng)有關(guān)，在納米顆粒中—OH拉伸峰出現(xiàn)輕微偏移，表明Zein與PP之間存在氫鍵作用。對(duì)于Zein，在1 661 cm—1和1 529 cm—1處的吸收峰分別代表酰胺I和酰胺II帶；而納米顆粒的酰胺I峰移至1 637 cm—1處，酰胺II峰移至1 581 cm—1處，表明Zein、PP和EGCG之間存在靜電相互作用。此外，具有特征性的EGCG峰（3 556、3 478、3 356 cm—1和3 274 cm—1）在納米顆粒中未觀察到，考慮到Zein和EGCG均具有疏水基團(tuán)，推測(cè)EGCG通過(guò)氫鍵和疏水作用被封裝在顆粒中。

3.3 X射線衍射分析

通過(guò)X射線衍射分析Zein、PP、EGCG及PP-Zein/EGCG納米顆粒的相互作用（圖5c），結(jié)果表明：EGCG為晶體材料，在5°～40°范圍內(nèi)呈現(xiàn)多個(gè)特征結(jié)晶峰；Zein和PP分別于9°、20°及22°處顯示寬峰，表明二者為無(wú)定形結(jié)構(gòu)。PP-Zein/EGCG納米顆粒的X射線衍射與PP相似，僅出現(xiàn)弱化寬峰，表明PP有效包覆核層物質(zhì)。并在納米顆粒中未檢測(cè)到EGCG的特征衍射峰，表明EGCG成功被包裹在納米顆粒中。這與Wang Xiaojing等基于果膠-Zein包封體系的研究結(jié)論一致。

4 PP-Zein/EGCG納米顆粒的穩(wěn)定性分析

4.1 熱穩(wěn)定性分析

不同溫度條件下PP-Zein/EGCG納米顆粒的穩(wěn)定性如圖6所示。總體而言，隨著溫度升高，顆粒的粒徑、PDI及Zeta電位先降低后升高，而EGCG保留率和DPPH自由基清除率則逐漸下降。具體地，在50 ℃加熱2 h后，顆粒的外觀未發(fā)生顯著變化，粒徑和PDI略微下降，這可能是低溫加熱促進(jìn)了顆粒內(nèi)部的分子重排，使結(jié)構(gòu)更緊密并提高了體系均勻性。當(dāng)溫度升至75 ℃時(shí)，納米顆粒的外觀依然保持穩(wěn)定，但較高溫度引發(fā)了輕微的聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致粒徑和PDI有所增加。100 ℃加熱處理后，溶液由黃色變?yōu)榈S色，并伴有沉淀現(xiàn)象。顆粒絮凝形成更大的粒子，粒徑和PDI大幅上升至2 598 nm和0.521，Zeta電位升至—24.93 mV，表明顆粒分布不均且出現(xiàn)嚴(yán)重的聚集。盡管如此，處理后的納米顆粒EGCG保留率為93%，DPPH自由基清除率為37.4%，仍顯著高于未包埋EGCG，表明包埋體系在高溫條件下具有較好的保護(hù)作用。

4.2 pH值穩(wěn)定性分析

考察PP-Zein/EGCG納米顆粒的pH值穩(wěn)定性，結(jié)果如圖7所示。在pH 3和5的酸性環(huán)境中，納米顆粒的外觀穩(wěn)定，EGCG的保留率達(dá)99%，抗氧化活性良好。然而，在中性和堿性環(huán)境中，納米顆粒逐漸沉淀，粒徑和PDI增大。在pH 11時(shí)，溶液變?yōu)榧t棕色并產(chǎn)生黃色沉淀，粒徑和PDI為2 072.9 nm和0.661，EGCG保留率和DPPH自由基清除率降至69.1%和28.1%。這是由于在堿性條件下，Zein表面負(fù)電荷增加，削弱了其與PP之間的靜電吸引，導(dǎo)致顆粒結(jié)構(gòu)松散甚至解體，從而引起粒徑、PDI和Zeta電位急劇變化。同時(shí)，蛋白質(zhì)因疏水作用重新聚集，形成沉淀；外泄的EGCG發(fā)生氧化和異構(gòu)化，生成紅棕色產(chǎn)物并影響溶液顏色。在整個(gè)過(guò)程中，PP-Zein/EGCG納米顆粒的EGCG保留率和抗氧化活性均高于游離EGCG，證明PP-Zein/EGCG納米顆粒對(duì)EGCG具有一定的保護(hù)作用。

4.3 離子強(qiáng)度穩(wěn)定性分析

PP-Zein/EGCG納米顆粒在不同離子強(qiáng)度下的穩(wěn)定性如圖8所示。當(dāng)鹽濃度從30 mmol/L增加至90 mmol/L時(shí)，納米顆粒溶液的外觀無(wú)明顯變化，但粒徑、PDI和Zeta電位逐漸增加。在鹽濃度為150 mmol/L時(shí)，粒徑增至1 748 nm，PDI升高至0.607，Zeta電位升至—20.73 mV，并出現(xiàn)聚集及黃色沉淀。這可能歸因于電荷中和作用進(jìn)一步降低顆粒的靜電穩(wěn)定性，削弱空間位阻效應(yīng)，使顆粒發(fā)生聚集或重組，導(dǎo)致其自組裝行為和分散性受到破壞。盡管高鹽環(huán)境影響顆粒穩(wěn)定性，PP-Zein/EGCG納米顆粒仍表現(xiàn)出較好的EGCG保護(hù)能力。在30～150 mmol/L的鹽濃度范圍內(nèi)，EGCG保留率始終高于90%，DPPH自由基清除率保持在37.6%～41.7%，顯著優(yōu)于游離EGCG（150 mmol/L時(shí)保留率降至85.6%）。這與Joye等的研究結(jié)果一致，通過(guò)蛋白和果膠包被后可提高活性成分在高鹽濃度下的穩(wěn)定性。

4.4 蔗糖穩(wěn)定性分析

研究PP-Zein/EGCG納米顆粒在蔗糖環(huán)境的穩(wěn)定性，有助于評(píng)估其在高糖食品中的應(yīng)用潛力，提高活性成分在復(fù)雜食品基質(zhì)中的保護(hù)能力，結(jié)果如圖9所示。在50～250 mg/mL蔗糖質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，納米顆粒溶液的外觀保持一致，未觀察到肉眼可見(jiàn)的沉淀；其粒徑先略增大后降低，PDI穩(wěn)定在0.367至0.394之間，Zeta電位保持在—25 mV左右。250 mg/mL蔗糖質(zhì)量濃度時(shí)，EGCG的保留率為98.7%，DPPH自由基清除率為40.6%。這些結(jié)果表明，負(fù)載EGCG的納米顆粒在蔗糖環(huán)境中表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性，具有較強(qiáng)的糖耐受性。

4.5 貯藏穩(wěn)定性分析

進(jìn)一步評(píng)估了PP-Zein/EGCG納米顆粒在不同貯藏溫度條件下的穩(wěn)定性，如圖10a、b所示，在4 ℃貯藏條件下，納米顆粒的粒徑、PDI和Zeta電位在初期（7、14 d）有所下降，隨后逐漸增大，表明低溫下靜電斥力得到維持保持，粒子較為穩(wěn)定。但隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，氫鍵和疏水作用的增強(qiáng)逐步削弱靜電斥力，導(dǎo)致顆粒聚集，35 d后溶液出現(xiàn)沉淀，粒徑和PDI增大，溶液顏色變淺并出現(xiàn)沉淀，表明穩(wěn)定性逐漸下降。相比之下，25 ℃條件下納米顆粒的穩(wěn)定性下降更為劇烈，初期粒徑和PDI略微下降，但較高的環(huán)境溫度下，納米顆粒表面電荷密度發(fā)生變化，聚集和沉淀現(xiàn)象加劇，42 d后粒徑和PDI急劇增加，Zeta電位絕對(duì)值大幅下降，表明顆粒穩(wěn)定性明顯降低。

圖10c、d為貯藏期內(nèi)EGCG保留率及抗氧化能力的變化，其中，4 ℃貯藏42 d后，EGCG的保留率為85.9%，DPPH自由基清除率為34.38%；而在25 ℃條件下，兩者分別降至71.8%和30.09%。4 ℃和25 ℃貯藏42 d后，納米顆粒的EGCG保留率分別為未包埋的1.10 倍和1.46 倍。這些結(jié)果表明，PP-Zein/EGCG納米顆粒能有效延緩EGCG的降解，并在低溫貯藏條件下表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。

5 PP-Zein/EGCG納米顆粒的體外消化釋放特性分析

PP-Zein/EGCG納米顆粒在模擬胃腸液中的消化穩(wěn)定性及EGCG釋放行為如圖11所示。游離EGCG在SGF（pH 2.0）中較穩(wěn)定，2 h內(nèi)含量無(wú)明顯變化。然而，進(jìn)入SIF（pH 6.8）后其含量迅速下降，消化后相對(duì)含量?jī)H剩40.3%，抗氧化活性大幅降低。進(jìn)入SCF（pH 7.4）4 h（即整體消化10 h）后，EGCG相對(duì)含量低至5%以下，因其在中性和堿性環(huán)境中易發(fā)生異構(gòu)化和自氧化降解，而致其生物利用度較低。相比之下，PP-Zein/EGCG納米顆粒在消化過(guò)程中具有更優(yōu)的穩(wěn)定性和緩釋特性。在SGF中，PP外層吸水膨脹并質(zhì)子化，形成保護(hù)層，抑制EGCG過(guò)早釋放，2 h后EGCG釋放率僅為15.9%。進(jìn)入SIF后，PP去質(zhì)子化并膨脹，但受PP與Zein之間的疏水相互作用及氫鍵作用的影響，EGCG釋放受控，至SIF消化80 min（即整體消化3.3 h）釋放率增至31.6%。然而，隨著消化時(shí)間延長(zhǎng)，SIF中的消化酶及堿性環(huán)境加速EGCG降解，使其活性和抗氧化能力逐漸下降。在SCF階段，PP逐漸被降解，顆粒結(jié)構(gòu)崩解后EGCG釋放加快；同時(shí)在弱堿性環(huán)境下EGCG降解加劇，使EGCG含量和DPPH自由基清除率先升后降。總體而言，PP-Zein/EGCG納米顆粒通過(guò)核殼結(jié)構(gòu)提供了有效的保護(hù)作用，避免EGCG的快速釋放和降解，使其具有更強(qiáng)的生物利用度。

結(jié) 論

本研究通過(guò)反溶劑法制備PP-Zein/EGCG納米顆粒，并對(duì)其制備工藝、結(jié)構(gòu)特性及穩(wěn)定性進(jìn)行分析。確定了最佳制備工藝條件為：PP質(zhì)量濃度為2.50 mg/mL，并進(jìn)行540 W的超聲處理，Zein和EGCG的質(zhì)量濃度分別為8 mg/mL和2.0 mg/mL。在此條件下制備的顆粒粒徑較小且分布均勻，實(shí)現(xiàn)EGCG完全包裹和高負(fù)載，整體抗氧化活性較強(qiáng)。X射線衍射和微觀形貌顯示EGCG被有效包裹在顆粒內(nèi)部并形成球形結(jié)構(gòu)，傅里葉變換紅外光譜進(jìn)一步證實(shí)PP-Zein/EGCG通過(guò)氫鍵、疏水效應(yīng)和靜電作用對(duì)EGCG進(jìn)行負(fù)載和保護(hù)。在多種環(huán)境條件下的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)中，PP-Zein/EGCG納米顆粒相較于游離EGCG展現(xiàn)出更優(yōu)的穩(wěn)定性，尤其在高溫、酸堿、離子強(qiáng)度及高糖環(huán)境中能夠較好地保持其穩(wěn)定性。在4 ℃和25 ℃的貯藏條件下可有效保持顆粒穩(wěn)定性和EGCG活性，延緩其降解。在模擬胃腸液消化過(guò)程中，顆粒的核殼結(jié)構(gòu)可有效防止EGCG的快速釋放及氧化降解。總而言之，本研究通過(guò)PP-Zein/EGCG納米顆粒成功實(shí)現(xiàn)了EGCG的包埋和運(yùn)載，為開(kāi)發(fā)具有較高生物利用度和穩(wěn)定性的生物活性物質(zhì)遞送系統(tǒng)提供了理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

本文《負(fù)載EGCG的柚皮果膠-玉米醇溶蛋白納米顆粒的制備、表征及穩(wěn)定性》來(lái)源于《食品科學(xué)》2025年46卷17期，作者：勞穎儀, 余元善, 溫靖, 徐玉娟, 徐振林, 王弘, 胡騰根, 溫棚。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20250306-045。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看文章相關(guān)信息。

實(shí)習(xí)編輯：彤禾；責(zé)任編輯：張睿梅。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來(lái)源于文章原文及攝圖網(wǎng)