导读
2023年7月，山东理工大学于少轩讲师课题组在国家综合性科技期刊《食品工业科技》发表题为《玉米醇溶蛋白纳米颗粒的体外消化特性》的论文。山东理工大学于少轩讲师为通讯作者，山东理工大学硕士研究生张子豪为第一作者。论文得到了山东省自然科学基金（ZR2019BC104）的资助。
图片来源于图司机
本研究以姜黄素（Curcumin）为芯材，玉米醇溶蛋白（Zein）为壁材，通过反溶剂沉淀法制备了包埋姜黄素的玉米醇溶蛋白纳米颗粒（CZNPs），通过光谱学方法和电子显微镜对CZNPs的物化性质进行了表征，并在体外模拟消化模型中对CZNPs的消化特性进行了研究。玉米醇溶蛋白纳米颗粒是一种比较有效的口服递送体系，可能应用于功能性食品和口服药物的开发中。
实验方法
文章亮点
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ZNPs和CZNPs的表征
表1 ZNPs和CZNPs的平均粒径和Zeta电位
注：同行不同小写字母表示不同组间纳米颗粒差异显著（P<0.05）；表2同。
由表1可知，随着制备体系中姜黄素的添加量从0mg 增加到4mg，纳米颗粒的平均粒径减小了约20nm。ZNPs、C2ZNPs、C3ZNPs的Zeta电位无显著差异（P>0.05），而C4ZNPs的Zeta电位显著降低（P<0.05）。
表2 CZNPs中姜黄素的包埋率
由表2可知，加入2mg 姜黄素制备的CZNPs包埋率最高，而当姜黄素的添加量增加到3和4mg时，CZNPs的包埋率逐渐减少。
图1 Cur、C2ZNPs、ZNPs溶液的紫外-可见吸收光谱
由图1可以看出，姜黄素的最大吸收峰位于424nm波长处，ZNPs的吸收峰出现在214nm。C2ZNPs的紫外-可见吸收光谱上同时出现了姜黄素和ZNPs的吸收峰，且姜黄素的吸收峰强度明显降低，说明姜黄素与Zein成功复合在了一起且被包埋进了纳米颗粒中。另外，姜黄素的吸收峰向右红移了约5nm，进一步表明其与Zein分子之间存在着一定的相互作用。
图2 ZNPs和C2ZNPs的扫描电子显微镜照片
注：A：ZNPs；B：C2ZNPs。
由图2可以看出，ZNPs和C2ZNPs是分布比较均匀的球形或椭球形颗粒，但是C2ZNPs 颗粒间有明显的粘连。
图3 Cur、C2ZNPs、ZNPs的傅里叶变换中红外光谱
注：a：Cur；b：C2ZNPs；c：ZNPs。
图3显示了在3500~1000cm−1范围内姜黄素、C2ZNPs 和ZNPs的FTIR光谱。当Zein与姜黄素结合时，酰胺Ⅰ带的峰位置从1666.2cm−1移动到1662.3.cm−1，羟基的峰位置从3315.0、3311.2cm−1移动到3305.4cm−1，姜黄素光谱中在1511.9cm−1处出现的特征峰在 C2ZNPs光谱中没有出现，表明两种组分通过疏水性相互作用和形成氢键等方式结合在一起。
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ZNPs和C2ZNPs的体外消化特性
图4 不同消化时间 ZNPs与C2ZNPs 的平均粒径
注：不同小写字母表示同一消化时间不同纳米颗粒间差异显著（P<0.05），图5同；0~60min：胃消化，90~180min：肠消化；图5，图7~图8同。
由图4可以看出，与模拟消化液孵育不同时间后，ZNPs和C2ZNPs的平均粒径均显著增大。特别是 C2ZNPs，在模拟胃液中孵育60min以及在模拟肠液中继续孵育至90min时，其平均粒径分别增大至原来的80倍和60倍。随着C2ZNPs在模拟肠液中的消化时间进一步延长，其平均粒径明显减小，120min后，与ZNPs在模拟肠液中的平均粒径相差不大。
图5 不同消化时间点ZNPs和C2NPs的Zeta电位
由图5可以看出，ZNPs和C2ZNPs的Zeta电位经体外模拟消化后由正的变为负的。
图6 模拟胃肠消化结束后ZNPs和C2ZNPs的扫描电子显微镜照片
注：A：模拟胃消化结束后ZNPs；B：模拟胃消化结束后C2ZNPs；C：模拟肠消化结束后ZNPs；D：模拟肠消化结束后C2ZNPs。
由图6A和B可以看出，ZNPs与C2ZNPs在模拟胃消化60min结束后，纳米颗粒之间都出现了明显的聚集、黏着和融合，形成了粒径较大的不规则颗粒，而且C2ZNPS比ZNPs融合得严重，形成的颗粒粒径也更大。ZNPs在模拟肠液中继续消化至180min后，其微观形貌与胃消化结束时的微观形貌基本一致；而C2ZNPs在模拟肠液中继续消化至180min后，虽然颗粒之间仍有黏连，但其粒径与模拟胃消化结束时的粒径相比，明显减小。
图7 C2ZNPs和姜黄素乙醇溶液消化不同时间后消化液中姜黄素的含量
由图7可以看出，姜黄素乙醇溶液跟模拟胃液混合后，随着胃消化时间延长，上清液中姜黄素的浓度逐渐降低；当胃消化产物与模拟肠液混合后，随着肠消化时间延长，上清液中姜黄素的浓度逐渐升高。
图8 C2ZNPs消化不同时间后消化液中氨基酸含量
由图8可以看出，C2ZNPs与模拟胃液混合且消化30min后，消化液中氨基酸含量明显升高，当消化时间继续延长至60min 时，消化液中氨基酸的含量轻微升高。而在60min时，由于C2ZNPs聚集黏着严重，形成了不规则的大颗粒，颗粒的表面积减小，胃蛋白酶与 Zein 的结合机会和作用位点减少，氨基酸的生成速度减弱。随后，上述胃消化产物与模拟肠液混合，在前30min，消化液中氨基酸的含量迅速升高，而在后续的90min，含量基本不变。
总结展望
本研究通过反溶剂沉淀法成功制备了包埋姜黄素的Zein纳米颗粒CZNPs，确定了当姜黄素与Zein的质量比为 1:40时，姜黄素的包埋率最高，为99%±1%。制得的CZNPs是平均粒径为118.6±0.7nm，Zeta电位为 19.9±3.79mV的球形纳米颗粒。在体外模拟胃消化过程中，随着消化时间的延长，CZNPs会出现明显的聚集，平均粒径增大至微米级；Zein在胃蛋白酶的作用下降解为低分子量多肽和氨基酸，且姜黄素被缓慢释放。在后续的模拟肠消化过程中，CZNPs的聚集程度随着消化时间的延长明显减弱，且Zein保持稳定，没有被胰蛋白酶继续降解，这可能有利于其通过胞吞的方式被小肠上皮细胞吸收，增大姜黄素的生物利用率，但是该推论还有待通过细胞实验和动物实验进行验证。另外，纳米递送载体在消化液中的稳定性与其对功能活性成分的保护作用和功能活性成分的最终生物利用率息息相关，在后续的研究中，我们将通过修饰、改性等方法增强CZNPs在消化液中的稳定性。
通讯作者简介
图片来源于山东理工大学官网
于少轩，博士，山东理工大学农业工程与食品科学学院讲师，毕业于西北农林科技大学食品科学与工程学院。研究方向为食品安全与营养。近五年来，参与了省部级以上科研项目4项，在食品营养和纳米材料领域发表SCI论文共8篇，其中第一作者论文3篇等。
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